<< 2. Оптические струи
| Оглавление |
4. Рентгеновские струи >>
Разделы
- 3.1. Уникальность радиоструй SS433
- 3.2. Переменность радиопотока
- 3.3. Вспышки
- 3.4. Зона поярчания радиоизлучения
- 3.5. Экваториальный ветер
- 3.6. W50
- 3.7. Протяженные струи
3. Радиоструи и W50
3.1. Уникальность радиоструй SS433
SS433 очень яркая радиозвезда, центральный радиоисточник излучает на
уровне 1 Jy на сантиметровых длинах волн. Практически все излучение
SS433 идет от струй, это нетепловое синхротронное излучение.
На картах, полученных на VLA (Hjellming and Johnston, 1981)
непосредственно видна структура прецессирующих струй. Несмотря на то,
что в целом размеры радиоструй в сотни раз больше H
-струй, фаза
прецессии (ориентация) радиоструй хорошо соответствует кинематической
модели. Газ, в котором генерируются излучающие электроны, очевидно,
движется по тем же самым баллистическим траекториям, что и H-облака
и непосредственно с ними связан. Это позволяет измерить расcтояние
(5.0 кпк) до SS433 с беспрецендентной для астрономии точностью, около
5-10%. Максимум радиоизлучения приходится на область
расстояния от источника 
см (Hjellming and Johnston, 1981;
Romney et al., 1987; Vermeulen et al., 1993b), это как раз то место, где
максимально оптическое излучение струй в линиях. До расстояния от источника
см яркость радиоструй постепенно уменьшается, и далее
они не видны вплоть до расстояния 
см. Здесь происходит
торможение струй, наблюдаются крупномасштабные рентгеновские струи,
увеличение интенсивности радиоизлучения (Brinkmann et al., 1996). В
результате образуются так называемые "уши" радиотуманности W50, в
которых имеются области рентгеновского и оптического излучения.
На Рис. 8 показано радиоизображение SS433 на разных угловых масштабах
из работы Paragi et al. (2000). Радиотуманность W50 изображена как мозаика
(Dubner et al., 1998) изображений VLA на 1.4 ГГц (a), изображение
прецессирующих струй на масштабе см было получено
на интерферометре MERLIN и глобальной VLBI решеткеarray (EVN+VLBA+Y1)
на частоте 1.6 ГГц (b), на изображении внутренних струй (EVN, VLBA, MERLIN,
VLA) на 1.6 ГГц (c) видна как область поярчания радиоизлучения,
расположенная вдоль струй на расстоянии около 50 mas, так и слабая
радиоструктура перпендикулярная струям (см. ниже).
|
Радиоспектр SS433 типичен для синхротронного излучения (Seaquist et al.,
1980), спектральный индекс
(
) в области частот 0.3-22.5 GHz. На частотах 
GHz наблюдается завал или уплощение спектра, которое
может быть вызвано синхротронным самопоглощением, но не менее вероятно,
что это результат свободно-свободного поглощения радиоизлучения
газом ветра из аккреционного диска.
Радиоизлучение определенно формируется релятивистскими электронами,
сопровождающими струи и непрерывно генерирующимися в них.
Струи SS433 "тяжелые", состоящие из 
плазмы, и относительно
низкоскоростные (
) по сравнению с известными микроквазарами.
Принципиальным является то, что струи SS433 состоят из плотных облаков
газа, способных проникнуть на значительные расстояния без заметного
торможения. Поэтому эти струи хорошо наблюдаются спектрально в оптике
и рентгене, и на изображениях в радио и рентгене. В этом состоит уникальность
струй SS433, точнее, SS433 предоставляет явный и бесспорный пример
тяжелых струй. Релятивистские частицы скорее всего ускоряются
в ударных волнах при взаимодействии струй с газом, истекающим из
аккреционного диска. Интересно, что этот же механизм взаимодействия струй
и медленного ветра диска необходимо привлекать (см. ниже) для объяснения
длительности оптического излучения струй, а также для объяснения 6-дневных
колебаний радиопотока SS433.
Радиозлучение струй имеет существенную
линейную поляризацию, 10-20% (Seaquist, 1981; Niell et al., 1981),
поляризация переменна и направлена вдоль "мгновенного" направления струй.
Недавно было доложено об открытии круговой поляризации радиоизлучения
(Fender et al., 2000). На частотах 1-9 GHz круговая поляризация
составляет 0.3-0.6% и ее спектр
.
Круговая поляризация может возникать в результате прямого синхротронного
механизма излучения релятивистских электронов в струях. В таком случае
напряженность магнитного поля 
mG (Fender et al., 2000), т. е.
примерно такого же порядка как требуется для объяснения низкочастотного
завала спектра (Seaquist, 1981). Fender et al. (2000) предположили, что
наблюдаемая круговая поляризация возникает при конверсии линейно
поляризованного излучения при распространении последнего через плазму
с эллиптической (или линейной) модами прохождения. В таком случае
степень круговой поляризации может быть такой высокой как 10%.
Для понимания процессов в струях также важно, что в SS433 обнаружена переменная линейная поляризация в УФ излучении (Dolan et al., 1997). В области 2800 Å излучение поляризовано до 10-15%. Направление этой поляризации, также как и в радиодиапазоне, соответствует направлению струй. Происхождение этой поляризации не ясно (см. ниже Гл. "Сверхкритический аккреционный диск и компоненты по данным фотометрии"). Если эта поляризация связана со струями, то возникает она на расстоянии от источника не большем, чем размер двойной системы, скорее всего в местах появления струй над фотосферой ветра. Максимум излучения SS433 приходится именно на УФ диапазон, источник этого излучения - аккреционный диск или область, находящаяся непосредственно над диском, которая затмевается вторым компонентом системы.
3.2. Переменность радиопотока
Длительный мониторинг SS433 в радиочастотах (Johnston et al., 1981, 1984; Bonsignori-Facondi et al., 1986; Fiedler et al., 1987; Bursov and Trushkin, 1995) прекрасно демонстрируют активные и пассивные состояния объекта. Вариации радиопотока на низких частотах запаздывают по отношению к вариациям потока на высоких частотах в среднем на несколько дней. Радиоструи, наблюдаемые с помощью VLBI-техники, присутствуют как в активные, так и в пассивные периоды (Romney et al., 1987; Fejes et al., 1988; Vermeulen et al., 1993b). В пассивные фазы радиопоток SS433 меняется незначительно, до 10%, однако в активные фазы наблюдаются мощные, часто накладывающиеся друг на друга вспышки. Длительность активных состояний различна, от 30 до 90 дней. Длительность индивидуальных вспышек составляет от одного до нескольких дней.
Не замечено какой-либо зависимости моментов "включения" объекта, т.е. переходов в активное состояние, от фаз орбиты или прецессии. Также сам радиопоток не обнаруживает заметных изменений с орбитальным или прецессионным периодами. Однако была замечена переменность радиопотока с нутационным 6-дневным периодом. Johnston et al. (1981) обнаружили такую переменность во время активного периода, когда радиоизлучение определяется в основном вспышками.
Band and Grindlay (1984) предположили, что в модели ведомого диска (ось вращения оптической звезды наклонена к оси орбиты) вспышки могут происходить дважды за орбитальный период во вращающейся с плоскостью экватора звезды системе отсчета, т. е. с периодом 6.06 дня, из-за изменений объема критической поверхности Роша с этим периодом. Уменьшения эффективной поверхности Роша должны происходить в моменты, когда релятивистская звезда оказывается на линии узлов, т. е. в плоскости экватора звезды-донора. В той же модели ведомого диска, и также дважды за орбитальный период во вращающейся системе (6.06 дня) должны происходить возмущения аккреционного диска за счет гравитационного момента силtorque от звезды-донора, воздействующего на внешний край диска. Максимальные возмущения диска возникают в моменты, когда донор оказывается перпендукулярно линии узлов, - здесь уже линии пересечения плоскости аккреционного диска и орбитальной. Это хорошо известный механизм кивающих движений аккреционного диска (Katz et al., 1982), наиболее естественно объясняющий нутационные движения струй. Оба этих механизма (Band and Grindlay 1984; Katz et al., 1982), в принципе, могут модулировать энерговыделение или струйную активность SS433. Мы вернемся к этим механизмам в следующем параграфе применительно к описанию вспышек SS433.
Здесь важно заметить, что если 6-дневные вариации
радиопотока (и оптического, см. Гл. "Сверхкритический аккреционный диск
и компоненты по данным фотометрии")
связаны с перестройкой аккреционной структуры или с реальной модуляцией
активности объекта, то следует ожидать переменности с синодическим
периодом 6.06 дней,
, а если
эта переменность связана с геометрическими или проекционными эффектами
(как сами нутационные движения струй), то следует ожидать переменности с
периодом 6.28 дня,
.
Trushkin et al. (2001) обнаружили 6-дневный период
в спокойном радиоизлучении. Последнее может быть связано с нутационным
покачиванием струй и соответствующим изменением амплитуды эффекта
релятивистского поярчанияbeaming излучения.
Амплитуда изменения наклона струй к лучу зрения в ходе прецессионного
вращения существенно больше, чем в результате нутаций (
против 
), тем не менее, прецессионные изменения радиопотока не
зарегистрированы, скорее всего из-за сильной спорадической переменности
(активные состояния) SS433 на временах сравнимых с периодом прецессии.
Это подтверждается тем,
что 6-дневная переменность обнаружена только на относительно коротких рядах
или во время спокойного состояния объекта. В качестве альтернативной
интерпретаци необходимо заметить, что с 6-дневным периодом должны также
меняться условия взаимодействия струй и медленного ветра из диска,
следовательно, условия генерации релятивистских электронов (Panferov
and Fabrika, 1997). В те фазы нутационного периода, когда нутационное и
прецессионное смещение струи складываются, эффект взаимодействия максимален.
Этот механизм 6-дневной модуляции работает в непосредственной близости
от источника, 
см, т. к. именно такое расстояние проходит ветер
за 6 дней оборота струй. Как в случае изменений амплитуды релятивистского
поярчания, так и в случае изменений условий взаимодействия струй и ветра
следует ожидать переменности радиопотока с синодическим периодом 6.28 дней.
Таким образом, природа 6-дневных вариаций радиопотока как в активном, так и в пассивном состоянии SS433 пока не установлена, но есть серьезные основания надеяться на прогресс в понимании этой переменности. Для этого нужно измерить точное значение периода вариации (6.06 или 6.28 дней) в активном и пассивном состояниях отдельно и сравнить фазы этих переменностей с известными эфемеридами орбитального и нутационного периодов. Причины переменности могут заключаться как в периодических изменениях структуры аккреционного диска (Band and Grindlay, 1984; Katz et al., 1982), так и в чисто геометрических эффектах. В зависимости от механизма можно ожидать разное время запаздывания этой переменности от орбитальной или нутационной фотометрической переменности.
3.3. Вспышки
Во время вспышек структура внутренних радиоструй может претерпевать кардинальные изменения, иногда наблюдаются односторонние выбросы (Romney et al., 1987). Вероятно, конкретная радиоструктура вспышки зависит не только от асимметрии выброса, но и от условий взаимодействия струй с окружающим газом ветра из диска SS433 и условий поглощения радиоизлучения в этом газе. Радиоспектр во вспышке заметно меняется. Как правило, он становится плоским, низкочастотный завал перемещается в область 2-3 ГГц. Детальный анализ отдельных вспышек (Seaquist et al., 1982; Band and Grindlay, 1986; Vermeulen et al., 1993c) показывает, что существуют вспышки как минимум двух разных типов. Во вспышках одного типа поток излучения в пике вспышки примерно одинаков на разных частотах, при этом максимум сначала достигается на высоких частотах, затем постепенно смещается в низкие. Вспышки другого типа сложнее, у них существует пороговая частота в районе 1-3 ГГц, ниже которой их поведение подобно вспышкам первого типа. Выше этой частоты максимум излучения достигается одновременно на всех частотах, но поток излучения в максимуме уменьшается с увеличением частоты. Возможно, что первый тип вспышек встречается либо во время спокойного состояния объекта, либо в начале активного состояния. Ни первый, ни второй тип радиовспышек не согласуются (Vermeulen et al., 1993c) со стандартной моделью единичного впрыскивания релятивистских электронов и последующего адиабатического расширения облака (Shklovskii, 1960; van der Laan, 1966). Наблюдаемая кинетика вспышек требует непрерывной генерации релятивистских частиц. Это хорошо согласуется с представлением, что во вспышке резко усиливается взаимодействие струй и ветра.
Интересно, что обсуждались также два типа оптических вспышек (Kopylov et al., 1985; Goranskii et al., 1998a). Первый тип - "белые" по цветам UBVR вспышки большой амплитуды, и второй тип - красные вспышки. Когда начинается активный период, SS433 постепенно краснеет (Irsmambetova 1997; Goranskii et al., 1998ab), в максимуме активности развивается более мощная околозвездная оболочка. Заметим, что несмотря на множество наблюдений SS433, исследований по развитию вспышек в радио или оптике, которые сопровождались бы спектроскопией, недостаточно для надежных выводов. Вспышки в SS433 являются результатом возмущения в струйной активности, поэтому для понимания вспышек необходим спектральный мониторинг струй. Здесь мы приведем основные закономерности развития вспышки SS433 на основе двух непрерывных длительных наблюдений: Kopylov et al. (1985) - оптическая спектроскопия и фотометрия и Vermeulen et al. (1993abc) - радиофотометрия и интерферометрия, оптическая спектроскопия и фотометрия. Эти закономерности могут быть не подтверждены в будущих наблюдениях, но они вполне следуют из цитированных работ и могут быть весьма полезны для понимания механизма вспышки. В спокойном состоянии объекта в день развития оптической вспышки (первого типа) или несколько раньше, за 1-2 дня до регистрации вспышки, "пропадают" оптические струи. Точнее, интенсивности линий струй существенно уменьшаются, и положения линий резко отклоняются от эфемеридных. В это же время наблюдается ослабление радиоизлучения. Далее наблюдается оптическая и радиовспышка, линии струй появляются на своем месте, и их интенсивность повышена. В момент радиовспышки на VLBI-изображении в струе появляетcя радиоблоб (сгусток).
Эти закономерности
предполагают сценарий, в котором первая вспышка происходит из-за
возмущения (по какой-то причине) наклона струи и соответствующего
конфликта струи и ветра из диска в непосредственной
близости от источника. Возможно, взаимодействие струи и ветра происходит
прямо в канале сверхкритического диска, если струя отклонится на угол
больший, чем полураствор канала. Амплитуда нутационых покачиваний
струй
, амплитуда подергиваний струй
, амплитуда отклонений струй, которые могли бы привести
ко вспышке, вероятно, должна быть еще больше. Этот механизм вспышки -
сильные отклонения струй и их взаимодействие со стенками канала -
накладывает довольно жесткие ограничения на время изменения наклона струи.
При размере фотосферы ветра (см. ниже) 
см и скорости ветра
см/сек обновление канала происходит за время всего
несколько часов.
После первой вспышки могут быть возмущены внешние части аккреционного
диска, окружающий газ, атмосфера звезды-донора, что может привести
к активному состоянию объекта, сопровождаемому уже многими вспышками.
Темп переноса массы в SS433 существенно сверхкритический
/год (Shklovskii, 1981; van den Heuvel, 1981),
поэтому вспышки скорее всего связаны не с вариациями темпа поступления
газа в аккреционный диск,
а с возмущениями аккреционного диска и с соответствующими возмущениями
наклона струй. Потенциальные механизмы таких возмущений (Band and
Grindlay, 1984; Katz et al., 1982) были описаны выше. Кроме того, возможно,
что в SS433 существует малая эксцентричность орбиты. Например,
только за счет одного эффекта некруговой орбиты, если даже эксцентриситет
такой малый как
, вариации объема критической полости Роша
(один раз за орбитальный период) достигают величины 2% (Band
and Grindlay, 1984). В моменты, когда
компоненты системы проходят через периастр и в то же время линия узлов
экватора звезды (Band and Grindlay, 1984) совпадает с линией апсид
(либо линия узлов аккреционного диска (Katz et al., 1982) в это время
перпендикулярна линии апсид), возможны достаточно сильные возмущения,
поверхности Роша (либо, соответственно, аккреционного диска). Орбита в SS433
близка к круговой, 
(Fabrika et al., 1990), это следует из анализа
интервалов между затмениями диска и звезды (MinI и MinII).
Недавно было обнаружено, что самые яркие оптические вспышки в SS433
происходят в выделенном и весьма узком интервале фаз орбитального периода
(Fabrika and Irsmambetova, 2002). Это рассматривается как свидетельство
небольшого эксцентриситета в SS433, т. к. некруговая орбита предоставляет
единственную возможность появления вспышек в выделенных фазах орбитального
периода.
Непосредственно из наблюдений следует, что область возникновения
радиовспышек 
a.u. или внутри 20 mas (Vermeulen, 1993bc).
Время запаздывания
радиовспышек по отношению к оптическим от нескольких часов до нескольких
дней. Вероятно, во вспышках разных типов по-разному проявляется
связь между оптической и радиоактивностью. Соответственно, не каждая
вспышка в радиодиапазоне сопровождается оптической вспышкой.
Данных по вспышкам в рентгеновском диапазоне не так много (Grindlay et al.,
1984; Konani, 2002), т. к. для анализа вспышек нужны длительные
мониторинговые наблюдения. Рентгеновское излучение SS433 в основном
возникает в струях и в окружающем струи газе в непосредственой близости
от источника,
см. В следующей главе мы подробно
опишем рентгеновские данные и параметры рентгеновских струй.
3.4. Зона поярчания радиоизлучения
Во внутренних радиоструях SS433 имеется зона поярчанияbrightening
радиоизлучения,
которая наблюдается на VLBI-изображениях (Romney et al., 1987; Vermeulen
et al., 1987; 1993b) на расстоянии 
mas от центра. После
появления радиосгустковblobes в самом центре, их излучение заметно слабеет
по мере движения сгустка, но при прохождении зоны поярчания поток возрастает
снова и может даже превысить начальный радиопоток сгустка.
За зоной поярчания излучение сгустка сильно слабеет.
На Рис. 9 приведены VLBI карты SS433 (Vermeulen et al., 1987), полученные
с помощью the European VLBI Network (EVN) на частоте 4.99 ГГц с интервалом
в 2 дня, начиная с 17 мая 1985 г. Точками отмечены 2-х дневные интервалы на
траекториях распространения струй. В среднем картина весьма симметрична,
однако, заметны отклонения от симметрии в двух струях и отклонения от
траектории кинематической модели.
|
Радиоизлучение вдоль VLBI-струй непрерывно, как непрерывна
струйная активность в оптике, и оно подчиняется приведенной выше
закономерности (ослабление - поярчание - ослабление). Но радиоизлучение
также сильно промодулировано отдельными сгустками с характерным временем
генерации от одного до нескольких дней. Модуляция яркости VLBI-струй
кажется существенно большей, чем модуляция H-струй. Однако, если в
первом случае мы судим о модуляции по изображению струй, то во втором по
переменности интенсивности излучения линий во времени. Весьма вероятно, что
переменность радиоизлучения вдоль струи (в спокойном состоянии объекта)
связана не с изменением темпа потери массы, а с заметным усилением процесса
генерации частиц в выделенных фазах нутационного периода, например, когда
нутационное и прецессионное движения складываются. В оптических струях
подобный эффект хорошо изучен (предыдущая глава), но это эффект проекции,
когда в фазах экстремумов лучевых скоростей
периода нутации излучение в линии накапливается
на одной лучевой скорости, что создает яркие эмиссионные линии в спектре,
которые в ранних исследованиях было принято называть "пулями".
Фактически, излучение в оптических линиях вдоль струй практически непрерывно,
за исключением модуляции с характерным временем
.
Соответственно, темп потери массы в струях также почти непрерывен.
"Активный" участок VLBI-струй начинается с расстояния от центра
см или 2 mas (Paragi et al., 1999) и заканчивается
непосредственно за зоной поярчания
см.
Активный участок H-струй начинается на
см
от центра (маскимум излучение приходится на
см, Borisov and
Fabrika (1987)) и заканчивается непосредственно перед зоной поярчания
радиоизлучения. Мы видим, что наиболее интенсивно как в радио, так и в
оптических линиях, излучает одна и та же же область в
струях. В ней работает, вероятно, один и тот же механизм
(взаимодействие струй с медленным ветром), приводящий как генерации
релятивистских электронов, так и к удержанию облаков относительно холодного
газа, излучающего в оптических линиях. В главе "Строение и формирование
струй" этот механизм будет обсуждаться подробнее, здесь мы опишем его
качественно.
Зона поярчания радиоизлучения располагается на расстоянии примерно
см, что соответствует 5.6 дням полета газа. Vermeulen
et al. (1987) предположили, что на этом расстоянии от SS433 заканчивается
взаимодействие струи с газом ветра оптической звезды. Струя выметает газ
медленного ветра по образующей прецессионного конуса,
медленный ветер после прохождения струи вновь заполняет
это пространство. Через 164 дня полного прецессионного оборота
струя проходит сквозь новый газ. Струя движется через новый газ только
всего несколько дней, после чего она выходит на свободное от ветра
пространство, которое не успел заполнить ветер и где уже возможно
свободное расширение облаков газа струи и усиление радиоизлучения.
Этот же сценарий обсуждался Davidson and McCray (1980) для объяснения
длины оптических струй.
Из наблюдений, однако, следует, что оптическое излучение струи
заканчивается на расстоянии
см, что соответствует
времени свечения
дня, что на один день меньше
времени полета до зоны поярчания. Кроме того, оптическая звезда
в SS433 переполняет критическую поверхность Роша и вряд ли
обладает мощным изотропным ветром. Было предположено (Panferov and
Fabrika, 1997; Panferov, 1999), что струя взаимодействует с ветром из
аккреционного диска и скорость ветра в околополярных областях диска в
этом сценарии составляет
км/с.
За зоной взаимодействия
струи и ветра располагается зона расширения H-облаков,
протяженность которой составляет 1 день полета струи. Расширение облаков
приводит к существенному изменению структуры струи и
к усилению эффективности генерации релятивистских частиц. Такой
механизм действительно вполне может претендовать на объяснение появление
зоны поярчания радиоизлучения.
3.5. Экваториальный ветер
Последние радиоинтерферометрические наблюдения SS433 с рекордно высоким
угловым разрешением (Paragi et al., 1999; 2000; Blundell et al., 2001)
открыли необычную структуру во внутренних областях. В области размером
mas (
см) Paragi et al. (1999)
обнаружили провалgap в
радиоизлучении на 1.6, 5 и 15 ГГц. Размер провала увеличивается с
уменьшением частоты, как примерно и должно быть в геометрии конических струй
(Blandford and Königle, 1979; Hjellming and Johnston, 1988),
если ослабление интенсивности излучения центральной части струй возникает за
счет синхротронного самопоглощения. Центральный источник находится на
линии струй, однако, его положение несимметрично относительно двух струй.
Провал со стороны удаляющейся (западной) струи более протяженный. Эти
геометрические особенности, а также разные интенсивности и спектры
радиоизлучения двух внутренних струй надежно указывают на то, что кроме
синхротронного самопоглощения внутреннее радиоизлучение ослабляется
за счет свободно-свободного поглощения. Размер провала также меняется со
временем, вероятно, геометрия поглощающего газа зависит от фаз прецессии
и орбиты. Центральный провал в радиоизлучении свидетельствует о наличии
экваториальной оболочки. Поглощающий газ окружает двойную систему в виде
наклонной дископодобной оболочки, проекция которой примерно перпендикулярна
направлению струй.
Paragi et al. (1999) нашли явные свидетельства существования в SS433 газа,
расположенного в плоскости, перпендикулярной струям. По обе стороны
от центрального источника на расстоянии 40-50 mas (200-250 а.е.) на
частоте 1.6 ГГц были обнаружены радиоизлучающие области. Их можно
заметить на Рис. 8c. Радиоособенности, которые существенно не согласуются
с кинематической моделью струй ("аномальные выбросы"),
наблюдались в SS433 и раньше (Romney et al., 1987; Spencer and Waggett, 1984;
Jowett and Spencer, 1995). Однако, отклонения струй на угол больше
5-10
никогда не наблюдались в оптической спектроскопии, несмотря на то, что
спектральные наблюдения покрывают интервал в десятки раз более длительный,
чем VLBI-наблюдения. Экваториальные области Paragi et al. (1999)
имеют очень высокую яркостную температуру (
K), что исключает
возможность теплового радиоизлучения. В разные сезоны наблюдений эти
области имеют различную конфигурацию (Paragi et al., 2000; 2002), т. е. они
меняются с характерным временем как минимум десятки дней. Проведенных
наблюдений пока недостаточно для выявления периодичности в изменениях
этих областей.
По данным Blundell et al. (2002) перпендикулярные струям
компоненты представляют собой не отделенные от источника области, а
непрерывныеsmooth структуры типа гало. Спектр радиоизлучения этих
компонент плоский (
,
),
что характерно для теплового излучения. Однако, высокая яркостная
температура совершенно противоречит тепловому механизму излучения.
Скорость экваториального ветра в непосредственной близости от SS433
найдена по лучевым скоростям линий поглошения (Fabrika et al., 1997a),
она зависит от угла над плоскостью прецессирующего диска и составляет
от 
км/с до 
км/с, средняя скорость
км/с. Скорость расширения этой оболочки оценена также
по собственному движению фрагментов на VLBI-изображениях (Paragi et al.,
2002), она составила 
км/с.
Наличие в SS433 мощного потока газа, растекающегося в плоскости двойной системы, подтверждается целым рядом независимых наблюдений в оптическом, рентгеновском и в радиодиапазонах, далее, описывая другие наблюдения, мы будем возвращаться к интерпретации экваториального ветра. Структуру этого истечения мы опишем подробнее, когда будем обсуждать сверхкритичекий аккреционный диск SS433. Существование такого потока естественно следует из современных представлений о формировании аккреционного диска в двойной системе при переполнении звездой-донором критической поверхности Роша.
3.6. W50
На масштабах десятки парсек вокруг SS433 имеется хорошо известная
радиотуманность W50 (Рис. 8a). Обзор результатов исследований этой туманности
можно найти у Margon (1984). Центральное положение SS433, вытянутость
туманности в направлении восток-запад (P.A.
) вдоль
оси прецессионного конуса струй, многие рентгеновские и оптические
данные не оставляют сомнений, что W50 была сформирована (по крайней мере в
этом направлении) в результате
взаимодействия струй с межзвездным газом. Недавнее открытие экваториальной
радиоструктуры SS433 (Paragi et al., 1999), которая, вероятно, образовалась
в результате истечения газа из системы из точки L
за аккреционым
диском (Fabrika, 1993), позволяет предположить, что даже в перпендикулярном
струям направлении (север-юг) туманность W50 могла бы быть возбуждена
в результате постоянной активности SS433. Плотный экваториальный ветер
со скоростью несколько сотен км/с вполне мог бы заполнить тело W50 за время
лет. Конечно, это не означает, что надо исключить предположение,
что в формировании туманности W50 определенную роль сыграла вспышка
сверхновой, в которой образовалась релятивистская звезда SS433.
Изображение W50, приведенное на Рис. 8а было получено Dubner et al. (1998)
на VLA в континууме на 1465 МГц. Оно напоминает морскую ракушкуseashell.
Центральная часть туманности представляет собой почти идеальную
окружность радиусом 29
(42 пк при расстоянии 5.0 кпк). Она могла
бы быть остатком сверхновой, однако ее размер не согласуется
со стандартной зависимостью "поверхностная яркость-диаметр" для остатков
(Margon, 1984). Возможно, это связано с неоднозначностью в определении
расстояния до SS433.
Dubner et al. (1998) находят на основе наблюдаемой
морфологии в линии HI и анализа взаимодействия W50 с межзвездным газом, что
системная лучевая скорость туманности составляет 42 км/с, что в свою
очередь приводит к кинематическому расстоянию до нее 
кпк.
Однако, известное расстояние 5.0 кпк было получено из сопоставления
картины движения радиоструй с кинематической моделью, а в правомерности
последней не может быть сомнений. Итак, расстояние до W50, определенное
как по лучевой скорости туманности, так и по зависимости "поверхностная
яркость-диаметр", заметно меньше, чем расстояние до SS433, определенное
на основе известной скорости распространения оптических струй, 
,
которая, в свою очередь, измерена по поперечному эффекту Допплера. Эта
проблема достаточно трудна. По нашему мнению ответ следует искать в
необычности свойств W50.
Скорость W50, полученная по линиям HI,
согласуется с системной скоростью SS433, полученной по кривой
лучевых скоростей линии HeII
(
км/с
(Crampton and Hutchings, 1981), 
км/с (Fabrika and Bychkova,
1990)) с учетом того, что небольшое расхождение в скорости туманности
и объекта вполне
допустимо из-за эффектов отдачиkick и нескомпенсированного импульса
при вспышке Сверхновой в двойной системе. Восточные и западные оптические
волокна W50 имеют лучевую скорость соответственно 79 и 54 км/с,
и формальная средняя
величина скорости равна 
км/с (Mazeh et al., 1983). Однако, эти
данные совсем не согласуются с радионаблюдениями с длинными базами (и
с той же кинематической моделью), а также с недавними рентгеновскими
наблюдениями эмиссионных линий струй на расстоянии см от
SS433 (Migliari et al., 2002), из которых следует, что
восточная струя приближается к наблюдателю, а западная удаляется.
Плоскость Галактики проходит с западной стороны от W50 почти
перпендикулярно к ее оси, поэтому западная часть туманности более
короткая и яркая (Рис. 8а). Две стороны туманности асимметричны во многих
отношениях, например, спектральный индекс радиоизлучения центральной
части W50 составляет
, а в восточном и западном крыльях
туманности соответственно 0.8 и 0.4 (Dubner et al., 1998)). Эти же авторы
оценили общую кинетическую энергию расширения туманности как
эрг (при принятом ими расстоянии 3 кпк), что при времени жизни
туманности 
лет (Zealey et al., 1980) соответствует
полному потоку кинетическиой энергии
эрг/с.
3.7. Протяженные струи
Восточные и западные оптические волокна туманности W50 (Zealey et al.,
1980; Kirshner and Chevalier, 1980; Königle, 1983; Mazeh et al., 1983)
лежат внутри проекции прецессионного конуса струй на расстоянии
пк от SS433. Волокна ориентированы поперек струй.
Обнаружены протяженные рентгеновские струи, которые прослеживаются до
оптических волокон, причем максимумы рентгеновского излучения как бы
окаймляют эти волокна (Watson et al., 1983). Оптические
спектры волокон показывают, что газ нагревается ударными волнами, скорость
волн 50-90 км/с. По отношению интенсивностей линий S[II]
оценены электронная концентрация в волокнах
и газовое давление
(Königl, 1983).
Поскольку волокна образованы за счет выметания межзвездного газа струями,
давление в волокнах должно соответствовать динамическому давлению струи.
Königl (1983) и Fabrika and Borisov (1987) на основе этого оценили
темп потери массы в струях SS433, который с учетом реального раствора
струи
составляет
(соответствующая
кинетическая светимость
эрг/с).
В инфракрасном диапазоне на спутнике IRAS (Band, 1987) в западном
крыле W50 обнаружены узлы излучения, которые расположены вдоль оси
распространения западной струи. Восточное крыло не имеет заметной
эмиссии в ИК. Спектр узлов в диапазоне четырех полос IRAS
(от 
до 
) достаточно крутой. На камере ISOCAM обсерватории
ISO Fuchs (2002) картировала W50 и обнаружила излучение некоторых узлов
в полосе 14-16
, некоторые узлы совпадают также с областями
миллиметрового излучения CO перехода (1-0) на 115 ГГц. Возможно, что
струи SS433 на западе сталкиваются с пылевыми областями и прогревают их,
возможно, ИК излучение имеет синхротронную природу.
Крупномасштабные струи SS433, наблюдаемые в W50 представляют собой уникальную
лабораторию для изучения процессов торможения струй и их взаимодействия
с межзвездным газом. Рентгеновское диффузное излучение SS433 (рентгеновские
"уши") были обнаружены Seward et al. (1980). Watson et al. (1983)
произвели рентгеновское картирование окрестностей SS433 на Einstein
Observatory. Протяженные рентгеновские уши или струи простираются на
восток и запад от источника вдоль оси прецессии радиоструй в полном
соответствии с ориентацией и асимметрией W50. Рентгеновское излучение
становится заметным
на расстояниях около 20 пк (15) от источника, достигает максимума
на расстоянии 50 пк (в области оптических волокон) и заканчивается
на расстояниях 60 пк. Диффузное рентгеновское излучение заметно мягче,
чем излучение центрального источника. Светимость каждой струи
равна
эрг/с (0.5-4.5 кэВ). При предположении,
что рентгеновское излучение имеет тепловую природу Watson et al. (1983)
оценили полную тепловую энергию рентгеновского газа
эрг, что неплохо согласуется с приведенными выше оценками
полной энергии струй и энергии W50.
Замечательной особенностью протяженных рентгеновских струй является то,
что их полный раствор около 20 (Brinkmann, et al., 1996), что
заметно меньше раствора конуса прецессии
оптических и внутренних радиоструй (40). Такую же геометрию
имеют внешние радиоуши W50 (Рис. 8а), их полный раствор заметно
меньше, чем у конуса прецессии в кинематической модели. Было бы
естественно ожидать соответствия кинематической модели и геометрии
протяженных структур в W50.
Кроме того, поверхностная яркость рентгеновского излучения возрастает
при приближении к оси прецессии, хотя на первый взгляд, кажется,
что протяженные рентгеновские струи должны быть полыми и иметь максимум
излучения вдоль образующей конуса прецессии (
).
Для иллюстрации протяженных струй на Рис. 10 мы приводим рентгеновское изображение SS433 по данным ASCA GIS (Kotani, 1998). Это одно из наиболее глубоких рентгеновских изображений окрестностей SS433. Для получения этого изображения были соединены несколько изображений, причем полученные с разным временем экспозиции. Центральный яркий источник - SS433, полный размер всей системы струй около одного градуса.
|
Последующие исследования рентгеновских окрестностей SS433 проводились
на обсерваториях ROSAT, ASCA и RXTE (Yamauchi et al., 1994;
Brinkmann, et al., 1996; Safi-Harb
and Oegelman, 1997; Safi-Harb and Petre, 1999). Рентгеновские спектры
противоположных протяженных струй различаются. Спектр восточной струи нетепловой,
фотонный индекс в степенном законе
. На конце этой струи
есть область теплового излучения (
кэВ),
причем рентгеновская и
радиоструктура очень подобны. Излучение западной струи существенно более
мягкое (
), возможно даже тепловое, но на конце
этой струи (в "радиоухе") не обнаружено дополнительного
теплового излучения. По данным ROSAT
(Brinkmann, et al., 1996) вдоль протяженных струй рентгеновский спектр
заметно не меняется, однако, наружу возрастает вклад окружающего струи
мягкого излучения. Namiki et al. (2000) нашли, что с удалением от источника
рентгеновский спектр становится мягче, спектр нетепловой и непрерывный,
в нем отсутствуют эмиссионные линии.
Привлечение даных наблюдений RXTE (Safi-Harb and Petre,
1999) подтверждают, что в более широком спектральном диапазоне (до 100 кэВ)
спектр протяженных струй (восточная струя) нетепловой,
,
причем полная рентгеновская светимость струи
эрг/с.
Гамма-излучения от W50, равно как и от SS433 не обнаружено (Geldzahler
et al., 1989; Rowell, 2001).
Усиление яркости рентгеновских струй при приближении к оси прецессии,
также как и уменьшение раствора конуса распространения струй на больших
расстояниях - фокусировка протяженных струй - может быть связано
с гидродинамической коллимацией прецессирующих струй (Peter and Eichler, 1993)
или с взаимодействием струй с веществом остатка Сверхновой и формированием
вторичных отраженных ударных волн, распространяющихся внутрь конуса
прецессии (Velazquez and Raga, 2000). В последнем случае удается объяснить
даже спиральнуюhelical структуру, наблюдаемую в радиолобах W50
(Dubner et al., 1998). Скорость ударных волн в направлении оси симметрии
в таком случае должна быть не меньше, чем 
км/с, чтобы
с образующей конуса возмущение достигло оси конуса за время
лет на расстоянии от объекта 40 пк.
Однако, не исключено, что угол прецессии струй SS433 может меняться со временем. В модели (прецессии) ведомого диска существует красивый механизм, делающий возможным изменение со временем угла вынужденной прецессии звезды-донора. Matese and Whitmire (1983, 1984) показали, что рассовмещение осей вращения звезды и орбитальной может быть увеличено (как начальный механизм для такого рассовмещения подходит взрыв Сверхновой) в процессе перетекания газа через внутреннюю точку Лагранжа. Хорошо известно, что в тесной двойной системе из-за приливного трения (и переноса массы) орбита стремится к круговой, а угол рассовмещения осей вращения уменьшается. Однако, при перетекании разбалансируется удельный угловой момент потерянного и оставшегося газа, поэтому несовмещенность осей может сохраниться (или даже усилиться) после того, как орбита приблизится к круговой.
Выстраивание осей звезды и орбиты за счет приливных эффектов происходит
за время лет (Papaloizou and Pringle, 1983), это меньше времени
эволюции звезды на главной последовательности до стадии переполнения
критической полости Роша.
Следовательно, для работы механизма Matese and Whitmire релятивистский
объект в SS433 должен образоваться либо после заполнения звездой своей
полости Роша, либо к моменту формирования релятивистского объекта
эта звезда уже должна быть достаточно проэволюционировавшей. Этот вывод
представляется достаточно важным. Косвенным подтверждением работы
механизма Matese and Whitmire является следующее. Время выстраивания
осей вращения звезды и орбитальной
в двойной системе подобной SS433 меньше или примерно равно времени
циркуляризации орбиты (Papaloizou and Pringle, 1982), а орбита в этой
системе близка к круговой, (Fabrika et al., 1990). Если
формирование круговой орбиты в SS433 в результате взрыва Сверхновой
не является чисто случайным событием (например, случайная компенсация
орбитального импульса ассиметричным взрывом Сверхновой, что маловероятно),
то необходим механизм предотвращающий быстрое выстраивание осей в этой
системе.
<< 2. Оптические струи | Оглавление | 4. Рентгеновские струи >>
|
Публикации с ключевыми словами:
SS433
Публикации со словами: SS433 | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
