Глава 4. Оценка амплитуды эффекта отражения для рентгеновской звезды звездной системы Her X-1.

 

В звездных системах часто наблюдается «эффект отражения» одного компонента от другого. Вследствие движения компонентов двойной системы этот эффект обладает периодичностью.

Оценим амплитуду эффекта отражения, если известна светимость компактной звезды , светимость нормальной звезды , большая полуось двойной системы а и радиус нормальной звезды .

 Рассмотрим тесную двойную звездную систему (ТДС) типа SS 433, одна из компонент которой – нормальная звезда, а вторая вырожденная (релятивистский объект, являющийся нейтронной звездой или черной дырой). Как правило, в таких системах оптическая светимость обычной звезды  значительно меньше рентгеновской светимости релятивисткой компоненты . Поэтому даже малая часть рентгеновского излучения, попадающая на оптическую компоненту, вызывает сильный разогрев ее поверхности и дополнительное излучение нагретой поверхности нормальной звезды в оптическом диапазоне. Данный эффект является переменным вследствие движения компонентов тесной двойной системы. Это явление носит название эффекта отражения. Оценим его. [8, 15]

Пусть  -рентгеновская светимость релятивисткой компоненты. На единицу площади поверхности сферы радиуса а каждую секунду от релятивистского объекта приходит энергия

                                              (4.1)

Площадь диска нормальной звезды .

Тогда каждую секунду на поверхность нормальной звезды площадью S приходит от релятивистского объекта энергия:

                              (4.2)

В результате нагрева поверхности звезды этим излучением, она будет испускать дополнительное излучение в оптическом диапазоне:

,                          (4.3)

где  - безразмерный коэффициент пропорциональности.

В разные моменты времени наблюдатель будет видеть различную долю нагретой части поверхности.

 Изменение звездной величины и будет являться амплитудой эффекта отражения. Обозначим ее , или:

,                                  (4.4)

где  - энергия, излучаемая звездой в фазе , когда нагретой частью поверхности она повернута от наблюдателя;

а  - энергия нормальной звезды, излучаемая в фазе , когда дополнительно нагретая часть поверхности звезды целиком повернута к наблюдателю.

.                                (4.5)

Т. к. , поэтому мы пренебрегаем ей в знаменателе.

.                (4.6)

Преобразуем выражение (4.6):

.

В итоге мы пришли к такому виду:

.                     (4.7)

Будем считать, что  и получим итоговую формулу для амплитуды эффекта отражения:

                      (4.8)

Численную оценку сделаем для рентгеновской двойной системы HZ Her (Her X-1), в которой =100, =3·10¹¹ см, а=6·10¹¹ см. [13]

Чтобы произвести численную оценку для рентгеновской двойной системы HZ Her подставим в полученную формулу (4.8) данные:

       

Получили, что амплитуда эффекта отражения для рентгеновской звезды звездной системы Her X-1 , что близко к наблюдаемой величине (см. рис. на котором представлены кривые блеска Her X-1 в фильтрах U, В иV).[13]

Заключение

Данная дипломная работа посвящена уникальной по своим свойствам тесной двойной системе SS 433. Источник удивителен по богатству ярких феноменов, физика которых во многом до настоящего времени окончательно не выяснена. SS 433 является оптическим, радио- и рентгеновским источником, с уникальными спектральными свойствами. В оптическом спектре этой звезды наблюдаются три серии эмиссионных линий, соответствующих одним и тем же атомным переходам. Каждая линия серии Бальмера представлена в спектре тремя: «стационарной» и двумя, смещенными в красную и синюю сторону на несколько ангстрем. Смещенные компоненты линий движутся по спектру с периодом 164 дня с амплитудой порядка тысячи ангстрем. «Стационарные» линии также периодически смещаются с гораздо меньшей амплитудой и периодом 13 дней. Блеск звезды меняется с тем же периодом.Нерешен вопрос о природе компактного объекта, что он представляет собой: нейтронную звезду или черную дыру. Существует слишком много теоретических и наблюдательных данных о SS 433, чтобы можно было бы всех их описать. Неизбежно и появление новых путей при решении проблемы.

Есть данные, что кинематическая модель нуждается в некотором исправлении. Астрономы надеются разгадать загадку SS 433 еще до того, как обнаружится четвертый, пятый и шестой его периоды.

Двойные звезды весьма часто встречаются в природе, поэтому их изучение существенно не только для выяснения природы самих звезд, но и для космогонических проблем происхождения и эволюции звезд.

В работе произведена оценка амплитуды для рентгеновской звезды звездной системы Her X-1 и получен результат: амплитуда эффекта отражения для рентгеновской звезды звездной системы Her X-1 , что близко к наблюдаемой величине.

 

Литература

1. Агекян Т.А. Звезды, галактики, мегагалактика. М.: Наука. 1970. - 256 с.

2. Бакулин П.И., Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии. - М.: Наука, 1983. – 560 с.

3. Бисикало Д.В. Как происходит обмен веществом в двойных звездах // Земля и Вселенная. - 1999. - № 1. – С.3-10.

4. Гуревин Л.Э. Чернин А.Д. Происхождение Галактик и звезд. - М.: Наука, 1983. – 192 с.

5. Гурштейн А.А. Известные тайны неба: книга для учащихся. М.: Просвещение, 1984. – 272 с.

6. Дагаев М.М., Демин В.Г., Климин И.А. Чаругин В.М. Астраномия: учебное пособие для студентов физмата. - М.: Просвещение. 1983. - с.384.

7. Дагаев М.М. Задачник – практикум по курсу общей астрономии. – М.: Просвещение, 1965. – 146 с.

8. Затменные переменные звезды / Под ред. В. П. Цесевича. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1971. - 350 с.

9. Звезды и звездные системы / Под редакцией Мартынова Д.Я. - М.: Наука, 1981. – 416 с.

10. Каплан С.А. Физика звезд. М.: Наука. 1977. – 208 с.

11. Куликовский П.Г. Справочник задач по астрофизике: Учебное пособие для вузов. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1986. - 128 с.

12. ЛипуновВ.М., Сурдин В.Г. Загадка SS 433 // Земля и Вселенная. - 1980. №4. - С. 20-27.

13. Мартынов Д. Я., Липунов В.М. Сборник задач по астрофизике: Учебное пособие для вузов. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1986.-128 с.

14. Мартынов Д. Я. Курс общей астрофизики. 3-е изд. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1979. - 640 с.

15. Соболев В.В. Курс теоретической астрофизики. М.: Наука. 1985. – 504 с.

16. Сурдин В.Г. Рождение звезд: Учебно-научная монография. М.: УРСС. 1997. – 208 с.

17. Физика космоса. Маленькая энциклопедия / Под редакцией Р.А. Сюняев. -М.: Советская энциклопедия. 1986. – 264 с.

18. Черепащук А.М., Лютый В.М. Оптические исследования рентгеновских двойных систем // Земля и Вселенная. - 1986. - № 5. - С. 18-26.

19. Черепащук А.М. Черные дыры новые данные // Земля и Вселенная. - 1992. - №3. - С. 23-32.

20. Черепащук А.М. Черные дыры и звезды Вольфа-Райе // Земля и Вселенная. - 1999. - №3. - С. 26-38.

21. Чернин А.Д. Звезда и физика. М.: Наука. 1984. – 160 с.

22. Шакура Н.И., Постнов К.А. Новое об уникальном объекте SS 433 // Земля и Вселенная. - 1991. № 4. - С. 20-28.

23. . Шакура Н.И., Постнов К.А. Ультратестные двойные звезды // Земля и Вселенная. 1987. - №3. - С. 24-30.

24. Энциклопедия для детей. Астрономия. М.: Аванта 2003. Т.8.