Обмен веществом в полуразделенных системах

В полуразделенной ТДС одна из звезд заполнила критическую поверхность Роша. Эта звезда - донор; вторая, в конечном счете поглощающая значительную долю вещества, потерянного первой, - аккретор. Обмен веществом происходит через окрестность внутренней точки Лагранжа L₁. Газодинамику истечения вещества из окрестностей точки L₁ неоднократно исследовали многие авторы. Впервые анализ данной проблемы, полученный в полуаналитическом приближении, представлен в работах Б. Пачинского и Р. Сенкевича, а также С. Любова и Ф. Шу в начале 70-х годов. Детальное исследование процесса обмена веществом в двойных звездах аналитическими методами затруднено, поскольку процесс очень сложный, в частности, необходимо учитывать взаимодействие струи вещества, проходящей в окрестностях точки Лагранжа, с окружающей средой. Нелинейный характер такого взаимодействия приводит к необходимости решения полной системы газодинамических уравнений для описания процессов, происходящих в полуразделенных двойных.

Рассмотрим теперь результаты исследований, выполненных в рамках трехмерной модели. Расчеты были сделаны для типичных представителей маломассивных рентгеновских и катаклизмических двойных. Катаклизмические переменные – системы, состоящие из маломассивной звезды главной последовательности и белого карлика с коротким (несколько часов) периодом орбитального обращения. Помимо изменений блеска, вызванных орбитальным движением, у них наблюдаются различные виды вспышечной активности.

Полученные результаты свидетельствуют о качественно похожем характере течения в исследуемых системах. Выявлены следующие особенности процесса:

1) вещество струи разделяется на три потока: первый формирует квазиэллиптический аккреционный диск вокруг звезды-аккретора; второй огибает аккретор вне диска; третья часть струи удаляется от обеих звезд, однако значительная доля вещества этого потока в дальнейшем меняет направление своего движения под действием силы Кориолиса и остается в системе;

2) взаимодействие струи и диска не является ударным.

Часть вещества струи сразу попадает в диск и в дальнейшем, теряя угловой момент под действием вязкости, участвует в процессе аккреции. Полученные количественные оценки показывают, что в стационарном режиме течения доля аккрецируемого вещества составляет весьма значительную долю (вплоть до 75%) от общего количества газа, вбрасываемого в систему звездой-донором.

Гипотеза "горячего пятна", образуемого, якобы, в месте предполагаемого удара истекающей из донора струи об аккреционный диск, была предложена ранее для объяснения сложной картины переменности катаклизмических звезд. Вокруг звезд системы существует общая оболочка из разреженного газа и, как оказалось, взаимодействие газа со струей, вытекающего из окрестности Ц, отклоняет ее. Это приводит к безударному (касательному) контакту струи с наружным краем аккреционного диска и, как следствие, к отсутствию "горячего пятна". В то же время взаимодействие газа общей оболочки со струей приводит к образованию протяженной ударной волны переменной интенсивности, расположенной вдоль края струи. Область высвечивания горячего газа, нагретого ударной волной, лежит вне аккреционного диска, однако основное энерговыделение, вследствие изменения интенсивности ударной волны вдоль струи, происходит в достаточно ограниченной области (60% выделяется в прилегающей к диску части волны). Этот факт, а также приблизительно равные значения скорости энерговыделения и приводили к тому, что гипотеза "горячего пятна" в общем достаточно хорошо удовлетворяла наблюдениям.

Для проверки истинности представленной модели были рассчитаны кривые блеска для катаклизмической двойной Z Хамелеона (Z Cha) и проведено их сравнение с наблюдениями. При построении теоретических кривых блеска использовалась фотометрическая модель, разработанная членом-корреспондентом РАН A.M. Черепащуком и кандидатом физико-математических наук Т.С. Хрузиной. Сравнение наблюдаемой и рассчитанной кривых блеска показывает хорошее согласие. На теоретической кривой можно увидеть практически все основные детали, характерные для наблюдаемой кривой блеска Z Cha. Подобные кривые блеска построены для различных типов катаклизмических двойных. Они показали, что, оставаясь в рамках рассматриваемой модели течения без "горячего пятна", можно объяснить все многообразие наблюдаемых кривых блеска. Более того, в ряде случаев новая модель способна лучше объяснить наблюдения, чем модель с "горячим пятном".

Качественное подобие полученных решений для различных типов полуразделенных систем позволяет говорить об универсальности рассматриваемой модели. Однако все эти результаты получены для установившегося режима течения. Если сильно влияние внешних факторов, возможно возникновение и других особенностей, в частности, областей ударного взаимодействия диска с потоком газа в системе. Например, если диск сформировался еще до заполнения звездой-донором своей полости Роша, то в начале стадии интенсивного обмена массой возможно возникновение горячего пятна в месте соприкосновения струи вещества с наружным краем диска, которое должно исчезнуть после выхода течения на стационарный режим. Интересно определить длительность жизни этого образования. Естественно принять за него время, требуемое для полной замены вещества диска. В случае типичных полуразделенных систем установлено, что для этого достаточно нескольких десятков орбитальных периодов. Следовательно, большую часть времени существования полуразделенных двойных систем картина течения вещества в них описывается представленной выше моделью.