<<
>>

Рентгеновские двойные

Астрономия второй половины XX в. богата открытиями новых классов небесных объектов. В первую очередь это связано с проникновением в новые диапазоны электромагнитного излучения — радио, рентгеновский, инфракрасный.

В изучении двойных звезд также открылась новая глава, когда появилась возможность наблюдений в рентгеновском диапазоне. В 1970 г. был запущен спутник «Ухуру», составивший с помощью простейших детекторов излучения первый рентгеновский обзор всего неба и, в частности, открывший много двойных рентгеновских систем.

Попробуем понять, благодаря чему возникает феномен рентгеновских двойных. В нашем «зоопарке тесных двойных» мы уже встретили некоторые типы систем, активность которых вызвана взаимодействием звезд, однако они не были источниками рентгеновского излучения. Как же надо изменить «конструкцию» двойной системы, чтобы основную часть ее светимости уносили жесткие рентгеновские кванты? Очевидно, надо заменить в ней компактный объект! Чем он массивнее и компактнее, тем с большей скоростью достигает его поверхности падающее при аккреции вещество, тем выше температура упавшего вещества, тем жестче его излучение.

Проделаем простой расчет. Если тело падает с большого расстояния на поверхность планеты или звезды массы М и радиуса /?, то оно разгоняется под действием силы тяжести и у самой поверхности имеет вторую космическую скорость:


здесь— гравитационная постоянная. При

этом удельная (на единицу массы) кинетическая энергия падающего тела составляет

Вычислим значение Е при падении вещества на белый карлик (М = 1 М©, R = 104 км) и нейтронную звезду (М = 1 М©, R = 10 км).

Оказывается, что при падении 1 кг любого вещества на белый карлик выделяется энергия порядка 1013 Дж, а на нейтронную звезду — около 1016 Дж. Для сравнения: взрыв 1 кг тротила (химическая энергия) дает 4 • 106 Дж, а 1 кг урана 235U (энергия ядерного распада) — 7 • 1013 Дж. Даже термоядерный синтез 1 кг гелия из водорода дает «всего лишь» 6,4 • 1014 Дж. Как видим, гравитация может служить мощным источником энергии. Падение на Землю метеорита весом 1 кг эквивалентно взрыву противотанковой мины. Компактные остатки звездной эволюции в этом отношении намного эффективнее Земли: падение такого же метеорита на поверхность нейтронной звезды эквивалентно взрыву водородной бомбы!

Заметим, что черные дыры еще в несколько раз эффективнее нейтронных звезд. Хотя черная дыра не имеет твердой поверхности, о которую могло бы удариться падающее на нее вещество, тем не менее веществу обычно не удается «нырнуть» в черную дыру незаметно, без выделения энергии. Наличие у вещества даже небольшого момента импульса выводит его на орбиту вокруг черной дыры. Формируется, как мы уже знаем, аккреционный диск, трение слоев в котором позволяет веществу постепенно приближаться к черной дыре, превращая свою гравитационную энергию в тепловую. Процесс становится еще эффективнее, если сама черная дыра быстро вращается. Если направление движения падающего тела совпадает с направлением вращения черной дыры, оно может выделить до 42% от тс2, т. е. каждый килограмм захваченного вещества даст 3,7 • 1016 Дж (Новиков, 1986).

Рис. 9.16. Рентгеновское изображение туманности Андромеды (М31), полученное в 2007 г. с помощью спутника ХММ- Ньютон (ESA, NASA). Всего обнаружено около 2000 источников, заметно концентрирующихся к центру галактики. Большинство из них связано с аккрецирующими нейтронными звездами и черными дырами в тесных двойных системах, а также с остатками сверхновых. Оптическое тело галактики показано эллипсом.

Таким образом, тесные системы с нейтронными звездами или черными дырами должны быть мощными источниками излучения, но почему именно рентгеновского? Это свойство любого тела: чем оно горячее, тем более энергичные кванты оно излучает.

Эту закономерность физики называют законом Вина. Для его демонстрации достаточно включить электроплиту или гриль и посмотреть, как по мере разогрева цвет термоэлемента меняется от темно-красного до желтого. Спираль электролампы горячее плиты, поэтому она белая. А плазменная дуга электросварки еще горячее — она голубая. Как известно, синие кванты вдвое энергичнее красных. В космосе мы найдем и более горячие тела: самые горячие звезды излучают ультрафиолет, а газ, падающий на нейтронную звезду, излучает рентген, поскольку он значительно горячее, чем поверхность обычных звезд.

Рентгеновские кванты в тысячи раз энергичнее квантов видимого света. Поэтому медицинский рентгеновский аппарат просвечивает нас насквозь, а в космосе рентгеновское излучение далеких объектов на пути к Земле преодолевает огромные толщи межзвездного вещества, тогда как для видимого света они совершенно непреодолимы.

Среди разнообразных типов рентгеновских источников, встречающихся в тесных двойных системах, особенно интересны рентгеновские пульсары, демонстрирующие строго периодические импульсы излучения. В этом смысле они похожи на радиопульсары (периодичность в обоих случаях связана с вращением нейтронной звезды), но их излучение гораздо более жесткое и вызвано аккрецией, а не процессами в магнитосфере нейтронной звезды. Рентгеновский пульсар — это нейтронная звезда в паре с нормальной звездой. Перетекание газа с нормальной звезды на нейтронную приводит к его разогреву и генерации ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения, а периодические вспышки вызваны вращением нейтронной звезды. Аккреция на поверхность идет неравномерно из-за присутствия магнитного поля. Ионизованное вещество не может двигаться поперек магнитных силовых линий, поэтому оно течет вдоль них, падает на магнитные полюсы и нагревает их. При вращении звезды мы периодически видим эти горячие пятна. Длительные наблюдения таких объектов позволяют заметить изменение периода вращения и понять, как нейтронная звезда взаимодействует с потоками падающего на нее вещества. Впервые рентгеновские пульсары обнаружил в 1970-е гг. спутник «Ухуру», а сейчас их известно около полусотни с периодами от долей секунды до десятков минут. В 1998 г. итало-голланд- ский спутник BeppoSAX открыл миллисекундный рентгеновский пульсар SAX J1808-3658. 

<< | >>
Источник: В. Г. Сурдин. Звёзды. 2009

Еще по теме Рентгеновские двойные:

  1. 8. Перемена ролей
  2. Глава 5 Массивные рентгеновские двойные
  3. Глава V Массивные рентгеновские двойные
  4. 9. Вернемся к сценарию
  5. Сверхновые, похожие друг на друга
  6. 6. Сверхкритическая аккреция
  7. Глава VIII Странники
  8. «Одиночные» звезды Вольфа—Райе
  9. 4. Двойные радиопульсары
  10. 1. Итоги
  11. РЕНТГЕНОВСКАЯ астрономия
  12. Ядерные взрывы в двойных звездных системах
  13. Рентгеновская звезда в созвездии Геркулеса
  14. Рентгеновские звезды малы
  15. История рентгеновского источника
  16. Изменение магнитного поля нейтронной звезды