<< Титульный лист
| Оглавление |
2. Оптические струи >>
Разделы
1. Введение
Хорошо известный уникальный объект SS433 был выделен в обзоре звезд с
эмиссией H
Stephenson and Sanduleak (1977), содержащем 455 объектов
плоскости Галактики. SS433 оказался переменным нетепловым радиоисточником
(Feldman et al., 1978; Seaquest et al. 1978) и переменным рентгеновским
источником (Marshall et al., 1978). В первых щелевых спектрах этого объекта
(Ciatti et al., 1978; Mammano and Vittone, 1978; Clark and Murdin, 1978)
были обнаружены
яркие и переменные линии непонятного происхождения. B. Margon с
коллегами (Margon, 1979; Margon et al., 1979ab) удалось отождествить
эти эмиссии с линиями водорода и нейтрального гелия, которые были смещены на
десятки тысяч км/с в красную и голубую сторону по паре линий на каждый
переход. Наблюдаемые огромные смещения линий не могли возникнуть за счет
Зеемановского расщепления линий (Liebert et al., 1979), было очевидно,
что смещенные линии возникали за счет эффекта Допплера в движущемся газе.
Выяснилось, что смещенные линии водорода и HeI возникают в двух противоположно
направленных струях газа (Fabian and Rees, 1979; Milgrom, 1979a;
Margon et al., 1979c), эти струи периодически меняют свое положение
в пространстве ("прецессируют"), что приводит к "движению" линий по спектру.
Так начались интенсивные исследования SS433, двойной системы с уникальными
свойствами.
Основным отличительным свойством SS433, выделяющим его среди других
двойных звезд с релятивистским объектом, является то, что в SS433
реализуется непрерывный (не транзиентный) режим сверхкритической
аккреции газа на релятивистскую звезду. При этом формируется
сверхкритический аккреционый диск и узкие струи газа, распространяющиеся
из внутренних областей диска перпендикулярно к его плоскости с релятивистской
скоростью 79000 км/с. Второй компонент системы, звезда-донор, очевидно,
переполняет свою критическую полость Роша, что обеспечивает
мощный,
/год, и примерно непрерывный
темп перетекания газа в область релятивистской звезды. Фактически,
ответ на вопрос о причине уникальности SS433 среди других массивных
рентгеновских двойных звезд (с черной дырой или нейтронной звездой)
заключается в выявлении причин столь высокого темпа переноса массы
в SS433 (van den Heuvel, 1981; Shklovskii, 1981).
Интересно, что до сих пор не найдено никаких явных наблюдательных свидетельств наличия в системе SS433 ни собственно аккреционного диска, ни "нормальной" или "оптической" звезды. Тем не менее исследователи не имеют никаких сомнений в присутствии этих двух тел в SS433. Связано это не только с имеющимся опытом иследований десятков тесных двойных рентгеновских систем с нейтронными звездами или черными дырами в качестве релятивистской звезды системы. Существует множество косвенных свидетельств и проявлений этих двух объектов. Все основные свойства SS433 хорошо описываются в рамках современных представлений о сверхкритическом режиме дисковой аккреции, впервые обсужденном Shakura and Sunyaev (1973).
Это тесная двойная, массивная, затменная система, орбитальный период равен
дня (Crampton et al., 1980; Cherepashchuk, 1981).
Хорошо наблюдаются
затмения обоих тел в оптическом и ближнем ИК диапазонах и затмения оснований
релятивистских струй в рентгеновском диапазоне. Источник струй (аккреционный
диск или объект в центре диска) существенно ярче второго компонента -
звезды-донора. Аккреционный диск SS433 прецессирует, меняет свою
ориентацию в пространстве с периодом 
дня,
струи повторяют прецессионное
движение. Фактически в системе SS433 мы наблюдаем только плотный ветер,
истекающий из аккреционного диска, две яркие области в центральной части
диска, в местах выхода релятивистских струй. С наблюдательной точки
зрения звезда в SS433 проявляется только как
объект, который периодически затмевает аккреционный диск и газовые потоки,
формирующие диск, отражает излучение ярких центральных областей, и
возмущает ветер диска. Прецессия аккреционного диска кардинально
меняет фотометричекие свойства (орбитальную кривую блеска) и заметно
меняет спектральные свойства системы.
В дальнейшем мы будем пользоваться термином "аккреционный диск",
понимая под этим не только собственно диск, который там должен существовать,
но и ветер диска, а также термин "оптическая" или "нормальная"
звезда,
несмотря на то, что об этой звезде известно очень мало.
В этом обзоре мы опишем основные свойства релятивистских струй и аккреционного диска - машины, генерирующей струи SS433 - известные на данный момент (начало 2002 г.), причем, главным образом, касаясь результатов наблюдений и их интерпретаций. Спектральные и фотометрические исследования SS433 как двойной системы будут также описаны, так как их результаты необходимы для понимания природы диска и струй. Основная масса наблюдательных данных по SS433 была получена в первые годы исследований, во время "бума SS433". Основные идеи и модели, объясняющие поведение SS433, также были высказаны в первые годы исследований. Во многом эти идеи получали подтверждение в последующих наблюдениях. Поэтому известные опубликованные обзоры по SS433 весьма ценны и сейчас. Мы отсылаем читателя к этим обзорам не только за данными об истории исследований SS433, объекта, сыгравшего и играющего сейчас принципиальную роль в современной астрофизике, но и по существу этих обзоров. Это обзор Margon (1984), подводящий итог пятилетнему исследованию объекта, обзор результатов фотометрических исследований Cherepashchuk (1989), обзоры моделей SS433 и теоретических представлений Milgrom (1981), Petterson (1981) и Katz (1986), а также обзорам Clark (1985), Zwitter et al. (1989), Vermeulen (1996). Результаты новых наблюдений, особенно рентгеновских обсерваторий и радиоинтерферометрии, а также численных экспериментов, конечно, внесли фундаментальный вклад в понимание SS433.
Здесь во Введении мы перечислим весьма кратко основные параметры SS433 (многие из которых будут детально обсуждаться ниже) для того, чтобы дальнейшие главы обзора можно было читать независимо.
1.1. Параметры SS433
SS433, это же переменная звезда V1343 Aquilae, расположен на расстоянии
5 кпк, примерно в галактической плоскости (
). Это относительно яркая красная звезда, 
, 
, 
(Goranskii et al., 1998a).
Карту сравнения SS433 и результаты фотометрии окружающих звезд
можно найти в (Leibowitz and Mendelson, 1982).
SS433 испытывает сильное поглощение,
, истинная
светимость объекта при предположении изотропного излучения составляет
эрг/с (Cherepashchuk et al., 1982;
Dolan et al., 1997). Это одна из самых ярких звезд Галактики, максимум
излучения SS433 приходится на ультрафиолетовый диапазон.
В инфракрасном диапазоне имеется избыток в полосах L и K, в которых
средний блеск объекта равен соответственно
и
(Giles et al., 1980; Kodaira et al., 1985).
Избыток связан со свободно-свободным
излучением газа в непосредственной окрестности системы.
В рентгеновском диапазоне светимость SS433 около 
эрг/с
(Brinkmann et al., 1991; Kotani et al., 1996; Marshall et al., 2002).
Рентгеновское излучение в диапазоне
1-10 кэВ в основном определяется горячим (
K) газом
струй, появляющимся над фотосферой аккреционного диска.
В оптическом спектре SS433 кроме эмиссионных линий обеих струй, перемещающимися в соответствии с прецессионным и нутационным периодами, наблюдаются очень яркие и переменные "стационарные" линии водорода, HeI, HeII, CIII, NIII, а также более слабые эмиссии FeII (Murdin et al., 1980; Crampton and Hutchings, 1981). Последние, наряду с линиями HI и HeI, в определенные фазы прецессии показывают явные профили типа PCyg. Все эти линии формируются как в ветре, истекающем из аккреционного диска, так и в газовых потоках в системе. Линии нормальной звезды не были обнаружены (Gies et al., 2002а) вплоть до последнего момента, несмотря на неоднократные попытки исследователей, однако, самые последние данные (Gies et al., 2002b) показывают, что звезда-донор в SS433 является проэволюционировавшим сверхгигантом типа A.
Излучение SS433 весьма переменно во всех изученных диапазонах спектра. Кроме спорадической переменности (вспышек), наблюдаются активные и спокойные состояния. В спокойных состояниях в оптике, ИК и рентгеновском диапазонах наблюдается переменность с орбитальным и прецессионным периодами. В активных состояниях, которые длятся от 30 до 90 дней, средний блеск объекта повышается примерно в 1.5 раза, на этом фоне наблюдаются мощные вспышки с характерным временем часы - дни (Irsmambetova, 1997), при этом SS433 "краснеет", т. е. усиливается обмен и истечение газа из системы. Особенно наглядно активные периоды видны в радиоданных, где имеются длинные ряды наблюдений (Bonsignori-Facondi et al., 1986; Fiedler et al., 1987).
1.2. Струи SS433
Самое удивительное явление в SS433 - это струи. В зависимости от расстояния
от источника, или от температуры струй, механизма излучения и,
соответственно, методов наблюдений мы будем различать рентгеновские струи
(
cm), оптические струи (
cm),
радиоструи (
cm), наблюдаются также протяженные рентгеновские
струи (
cm). Однако, это деление несколько условно, например,
радиоизлучение струй наблюдается практически на всем протяжении
оптических струй.
В оптических спектрах
струи проявляются как "движущиеся" эмиссионные линии водорода и HeI.
Линии перемещаются по спектру из-за изменения наклона струй к лучу зрения
в связи с прецессией. Струи удивительно
узкие, их раствор в том месте, где излучаются линии водорода (расстояние
соответствует 1-3 дням полета), равен
(Borisov and Fabrika, 1987). В оптических струях движутся облака газа
(Davidson and McCray, 1980) с нормальной "астрофизической" температурой
K. Для поддержания излучения газа в оптических струях
необходим источник постоянного нагрева газа.
Рентгеновские струи (Marshall et al., 2002) короткие (всего несколько
сотен секунд полета), в них излучаются линии высокоионизованных
тяжелых элементов. Рентгеновское излучение струй формируется в горячем газе
(
K), охлаждающемся по мере распространения струи
за счет расширения и излучения.
Раствор рентгеновских струй равен
.
Газ струй SS433 летит по строго баллистическим траекториям.
Поток кинетической энергии или кинетическая светимость струй огромна,
эрг/с (Panferov and Fabrika, 1997; Marshall et al.,
2002).
В радиодиапазоне на масштабах
несколько угловых секунд наблюдается знаменитая картина прецессирующих струй
(Hjellming and Johnston, 1981). Радиопоток от струй около 1 Jy,
светимость 
эрг/с, механизм излучения синхротронный.
На "масштабах VLBI" также хорошо видны
струи (Vermeulen et al., 1987) вплоть до предела разрешения около 2 mas
(Paragi et al., 1999; 2000), где во внутренней области 
а.е.
уже сильны эффекты самопоглощения радиоизлучения.
Струи SS433 возбуждают радиотуманность
W50, весьма похожую на остаток сверхновой. W50 вытянута в направлении
оси прецессии струй (P.A.
) с SS433 в центре,
туманность простирается по обе стороны в этих направлениях до 50-70 пк.
В этих же направлениях распространяются
протяженные рентгеновские струи (Brinkmann et al., 1996), которые
заканчиваются оптическими волокнами (Zealey et al., 1980).
"Кинематическая модель" SS433 (Abell and Margon, 1979), очень хорошо предсказывает положение струй в пространстве и положения линий по спектру. Это геометрическая модель прецессии струй, ниже она будет рассмотрена подробнее. Несмотря на некоторые нестабильности прецессионного периода, за большой промежуток времени эта модель полностью подтвердилась (Eikenberry et al., 2001). Кроме прецессионного движения струи совершают так называемые нутационные колебания малой амплитуды с периодом 6.28 дня, который равен половине синодического орбитального периода. Нутационные качания струй (аккреционного диска) вызваны периодическими приливными возмущениями диска гравитационным полем истекающей звезды (Katz et al., 1982), либо возмущениями аккреционного потока. При этом наиболее успешным сценарием прецессии в SS433 является вынужденная прецессия звезды-донора, ось вращения которой не совмещена с осью орбиты, и плавающий или "ведомый" аккреционный диск (Shakura, 1972; van den Heuvel et al., 1980; Whitmire and Matese, 1980; Katz, 1980).
Кроме результатов наблюдений струй SS433 и наблюдательных проявлений аккреционного диска и SS433 как двойной системы, в обзоре будет описано современное состояние понимания физичеcких процессов, играющих роль в струях, а также при их формировании и коллимации. Сейчас было бы преувеличением сказать, что "загадка SS433" разрешена; во многих проблемах, особенно касающихся формирования струй и внутренней структуры центрального объекта, самые интересные работы, вероятно, еще впереди. Однако, прогресс в понимании SS433, уже достигнутый, удивляет не меньше, чем сам SS433. Этот объект оказал огромное влияние на астрофизику, как в понимании критических стадий эволюции тесных двойных систем, так и понимании струй, выбрасываемых из молодых звезд, активных ядер галактик и микроквазаров (Mirabel and Rodriguez, 1999). Последние являются самыми близкими родственниками SS433. Главным, но далеко не единственным, отличием SS433 от микроквазаров или некоторых рентгеновских новых, у которых возможны сверхкритичекие эпизоды аккреции в момент вспышки, является постоянный существенно сверхкритичекий режим аккреции на релятивистскую звезду. SS433 до сих пор единственный объект звездной массы, в котором мы можем непосредственно наблюдать работающий сверхкритический аккреционный диск, процесс выброса и распространения струй. Более того, этот диск (а также все газовые потоки с системе, ветер из диска и струи) постоянно разворачивается с периодом прецессии, затмевается с орбитальным периодом, это настоящий подарок для исследователей, уникальная лаборатория. Две струи SS433 должны быть тождественны друг другу, но часто выглядят весьма по-разному. Меняя свою ориентацию струи также предоставляют замечательные возможности для исследований поведения газа на релятивистских скоростях и собственно релятивистских эффектов.
Всего по SS433 опубликовано 614 статей, зарегистрированных в ADS (http://adsabs.harvard.edu) на январь 2002 г., и кроме этих работ, еще в 199 статьях ссылка на объект встречается в абстракте статьи. Последнее означает, что исследуются объекты или явления, непосредственно связанные с SS433. В год открытия в 1978 г. было опубликовано 5 статей и сообщений, в последующие 3 года 1979 - 1981 гг. был максимум публикаций, в среднем по 75 статей в год. Далее количество публикаций непрерывно снижалось, что вполне естественно. В 1982 - 1989 гг. в среднем публиковалось по 27 статей в год, в 1990 - 2001 гг. в среднем по 14 статей. Весьма примечательно, что начиная с 1996 г. интенсивность иследований SS433 вновь начала расти. Это связано не только с новыми наблюдениями в рентгеновском диапазоне (обсерватории ASCA, ROSAT, CHANDRA) и с новыми возможностями наблюдений со сверхдлинными базами в радио, но также с открытием нового класса объектов - микроквазаров. Последнее полностью подтверждается динамикой публикаций работ, где название SS433 встречается только в абстракте статьи. Количество таких статей имело широкий максимум в 1981 - 1986 гг. (когда частота прямых исследований объекта непрерывно снижалась), но и еще более мощный максимум в 1996 - 1999 гг. В данном обзоре, естественно, невозможно отразить результаты исследований более чем 800 публикаций по SS433, хотя значительное большинство из них внесли заметный вклад в процесс исследования. Многие работы вдохновляли и инициировали следующие исследования, некоторые поворотные моменты в истории SS433 имели почти детективные сюжеты. Главная цель обзора - дать современное представление об SS433.
<< Титульный лист | Оглавление | 2. Оптические струи >>
|
Публикации с ключевыми словами:
SS433
Публикации со словами: SS433 | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
