Astronet > Nebo v rentgenovskih i gamma-luchah

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Nebo v rentgenovskih i gamma-luchah

Yu.N.GNEDIN

Gosudarstvennyi tehnicheskii universitet, Sankt-Peterburg

Predstavlen obzor sovremennogo sostoyaniya novyh napravlenii v issledovanii kosmosa - rentgenovskoi i gamma-astronomii. Kratko harakterizuyutsya diskretnye istochniki kosmicheskogo rentgenovskogo izlucheniya, kotorymi yavlyayutsya glavnym obrazom tak nazyvaemye kompaktnye zvezdy: belye karliki, neitronnye zvezdy, chernye dyry.

Vvedenie

V 1995 godu ispolnilos' rovno 100 let so dnya otkrytiya velikim nemeckim fizikom Vil'gel'mom Konradom Rentgenom novogo vida izlucheniya, kotoryi poluchil nazvanie rentgenovskih luchei. V 1992 godu ispolnilos' 30 let so dnya rozhdeniya rentgenovskoi astronomii. Imenno v 1962 godu vpervye bylo zaregistrirovano izluchenie kosmicheskogo istochnika Sco X-1. Spravedlivosti radi sleduet otmetit', chto rentgenovskoe izluchenie Solnca bylo zaregistrirovano v 1948 godu. Za chut' bolee chem dvadcatiletnii period stanovleniya i razvitiya rentgenovskaya astronomiya dostigla vpechatlyayushih uspehov. Byli otkryty moshnye istochniki kosmicheskogo rentgenovskogo izlucheniya kak v nashei Galaktike, tak i vnegalakticheskogo proishozhdeniya. Ob ih prirode my budem podrobno rasskazyvat' dal'she.

Obsheprinyato pod rentgenovskim izlucheniem ponimat' elektromagnitnye volny v oblasti energii 0,1-300 KeV. Etot diapazon, v svoyu ochered', delitsya na tri poddiapazona: 0,1-5 KeV (myagkoe rentgenovskoe izluchenie), 5-50 KeV (klassicheskii rentgenovskii diapazon), 50-300 KeV (zhestkoe rentgenovskoe izluchenie). Elektromagnitnoe izluchenie v oblasti energii E $\geq$ 300 KeV prinyato nazyvat' gamma-izlucheniem. Takoe razdelenie prezhde vsego svyazano s raznymi principami i metodami registracii izlucheniya. Dlya raznyh diapazonov, voobshe govorya, harakterny i raznye mehanizmy generacii fotonov.

Nasha Zemlya nadezhno zashishena atmosferoi ot pronikayushego zhestkogo elektromagnitnogo izlucheniya. Poetomu rentgenovskie istochniki registriruyutsya s pomosh'yu detektorov, ustanovlennyh na raketah i kosmicheskih korablyah-sputnikah. Takimi detektorami yavlyayutsya gazovye proporcional'nye schetchiki ili special'nye tverdye kristally-scintillyatory, v kotoryh registriruetsya tok elektronov, voznikayushih v processe ionizacii pod deistviem rentgenovskogo kosmicheskogo izlucheniya. V poslednee vremya v kachestve detektorov uspeshno ispol'zuyutsya zerkal'nye teleskopy, sdelannye iz special'no podobrannyh materialov, kotorye effektivno otrazhayut i rasseivayut rentgenovskie luchi. Pri etom v fokuse takogo teleskopa po-prezhnemu raspolagayutsya vysokochuvstvitel'nye proporcional'nye schetchiki.

Uspehi rentgenovskoi astronomii nerazryvno svyazany s zapuskom specializirovannyh rentgenovskih sputnikov. Pervym iz takih sputnikov byl znamenityi "Uhuru", zapushennyi amerikanskimi uchenymi v 1970 godu i nazvannyi tak v chest' 10-i godovshiny nezavisimosti Kenii (na yazyke suahili slovo "uhuru" oznachaet "svoboda"). S pomosh'yu etogo sputnika bylo zaregistrirovano izluchenie primerno ot 350 kosmicheskih istochnikov kak galakticheskogo, tak i vnegalakticheskogo proishozhdeniya.

V posleduyushie gody chislo zapushennyh specializirovannyh rentgenovskih sputnikov rezko vozroslo. Sredi nih naibolee izvestny po poluchennym nauchnym rezul'tatam takie sputniki, kak SAS-3, HEAO-1, orbital'naya laboratoriya "Einshtein" (HEAO-2) (SShA), "Ariel'" (Angliya), ANS (Gollandiya), "EKZOSAT" i "ROSAT" (FRG), "Hakucho" i "Ginga" (Yaponiya). S pomosh'yu orbital'noi stancii "Einshtein" bylo otkryto mnogo novyh vnegalakticheskih istochnikov rentgenovskogo izlucheniya.

V SSSR podobnye issledovaniya preimushestvenno v gamma-diapazone velis' na sputnikah serii "Kosmos", a takzhe na kosmicheskih stanciyah "Venera". V 1982 godu v nashei strane byl zapushen specializirovannyi astronomicheskii sputnik "Astron", kotoryi osushestvil issledovanie neba v ul'trafioletovom i rentgenovskom diapazonah.

V Rossii seichas deistvuet orbital'naya observatoriya "Granat", kotoraya byla vyvedena na orbitu 1 dekabrya 1989 goda. Bol'shuyu chast' vremeni kosmicheskii apparat provodit vne magnitosfery Zemli, obrashayas' vokrug Zemli s periodom okolo 4 sutok. Eto sozdaet blagopriyatnye usloviya dlya dlitel'nyh nablyudenii rentgenovskih istochnikov. Na protyazhenii shesti let (1990-1995 gody) glavnoi mishen'yu observatorii yavlyalas' oblast' centra Galaktiki, gde bylo obnaruzheno mnogo novyh diskretnyh istochnikov rentgenovskogo izlucheniya.

V Rossii uspeshno razrabatyvaetsya proekt novoi mezhdunarodnoi orbital'noi observatorii v oblasti rentgenovskoi astronomii. Rukovoditelem etogo proekta yavlyaetsya akademik R.A. Syunyaev. Observatoriya vesom 6 t budet zapushena s pomosh'yu novogo rossiiskogo sputnika "Spektr". Ves nauchnogo oborudovaniya sostavit 2,5 t. Observatoriya budet deistvovat' na sil'no vytyanutoi orbite, prichem minimal'noe rasstoyanie ot Zemli sostavit primerno 1000 km, a maksimal'noe - 200 tys. km. Predpolagaemoe vremya raboty observatorii 15 let. My ozhidaem, chto s pomosh'yu etoi zamechatel'noi observatorii budut otkryty sverhslabye istochniki kosmicheskogo rentgenovskogo izlucheniya, nahodyashiesya u samoi granicy Vselennoi.

Raspredelenie rentgenovskih istochnikov po nebesnoi sfere

Samye detal'nye obzory neba vypolneny s pomosh'yu specializirovannyh rentgenovskih sputnikov "Uhuru" i "Einshtein". Chetvertyi katalog "Uhuru" vklyuchaet 339 istochnikov, raspredelenie kotoryh po nebu v galakticheskih koordinatah pokazano na ris. 1. Razmer pyatna na ris. 1 pryamo proporcionalen logarifmu intensivnosti istochnika.

Ris. 1. Raspredelenie rentgenovskih istochnikov po nebesnoi sfere

Samye yarkie istochniki koncentriruyutsya k galakticheskomu ekvatoru ( $\pm$ 20° ot ekvatora), a takzhe k galakticheskomu centru. Ochevidno, bol'shinstvo ih prinadlezhit nashei Galaktike. Esli by istochniki ravnoi svetimosti raspredelyalis' v diske ravnomerno, to zavisimost' chisla N takih istochnikov ot velichiny ih potoka F_x podchinyalas' by zakonu

$N(F_x)\propto F_x^{-1}\,.$

Dlya odnorodnogo sfericheskogo raspredeleniya takaya zhe zavisimost' imela by drugoi vid:

$N(F_x)\propto F_x^{-3/2}\,.$

Sfericheskoe galo slabyh istochnikov (ris. 1) v osnovnom sostoit iz ob'ektov, raspolozhennyh vne nashei Galaktiki.

Ostatki sverhnovyh i neitronnye zvezdy v ostatkah sverhnovyh (radiopul'sary)

Bolee desyatka galakticheskih rentgenovskih istochnikov otozhdestvleny s ostatkami tak nazyvaemyh sverhnovyh zvezd. Sverhnovymi astronomy nazyvayut takie zvezdy, blesk kotoryh pri vspyshke uvelichivaetsya na desyatki zvezdnyh velichin (chto sootvetstvuet vozrastaniyu energii primerno v 10⁸ raz!) v techenie neskol'kih sutok. V maksimume bleska sverhnovaya zvezda sravnima po yarkosti s galaktikoi, v kotoroi ona vspyhnula. Ostatki sverhnovyh v nashei Galaktike imeyut uglovye razmery, prevyshayushie neskol'ko gradusov. V bol'shinstve sluchaev istochnikom rentgenovskogo izlucheniya yavlyaetsya goryachaya plazma za frontom udarnoi volny, kotoraya sluzhit granicei razdela mezhdu mezhzvezdnoi sredoi i rasshiryayusheisya gazovoi obolochkoi, voznikshei posle vspyshki sverhnovoi.

Pozhalui, vazhnym isklyucheniem yavlyaetsya znamenitaya Krabovidnaya tumannost'. Ee izluchenie (ot radio- do rentgenovskogo) interpretiruetsya kak sinhrotronnoe izluchenie relyativistskih elektronov v magnitnom pole tumannosti. V centre etoi tumannosti nahoditsya radiopul'sar. Etim radiopul'sarom yavlyaetsya neitronnaya zvezda, vrashayushayasya s periodom r = 33 ms. Eto edinstvennyi radiopul'sar, izluchayushii vo vseh diapazonah, vklyuchaya i gamma-izluchenie sverhvysokoi (do 10¹⁶ eV) energii. Uskorenie elektronov v tumannosti do relyativistskih energii proishodit imenno za schet energii vrasheniya neitronnoi zvezdy. V rezul'tate vydeleniya etoi energii neitronnaya zvezda zamedlyaetsya i period ee vrasheniya umen'shaetsya. Dlya pul'sara v Krabovidnoi tumannosti $\dot{p}/p\approx 3\cdot 10^{-11}$ s^-1, a sootvetstvenno obratnaya ei velichina 10³ let opredelyaet vozrast pul'sara.

Napomnim, kak obrazuyutsya neitronnye zvezdy. Zvezdy - eto ogromnye raskalennye gazovye shary. Moshnoe gravitacionnoe pole zvezdy stremitsya szhat' ee. Chtoby zvezda nahodilas' v ravnovesii, kakaya-to sila dolzhna protivodeistvovat' gravitacii. Eto sila - davlenie goryachei plazmy i izlucheniya, kotorye obrazuyutsya pri perenose cherez tolshu zvezdnogo veshestva energii, voznikayushei v rezul'tate protekaniya v centre zvezdy termoyadernyh reakcii. Odnako yadernoe goryuchee nebezgranichno. Posle togo kak zvezda ego izrashoduet, ona uzhe ne smozhet protivostoyat' sile tyagoteniya i nachnet szhimat'sya.

Vo chto prevratitsya pri etom zvezda, zavisit ot ee nachal'noi massy. Esli massa ne prevoshodila 1,2 massy Solnca, to zvezda prevratitsya v belyi karlik razmerom s Zemlyu. V etom sluchae szhatie ostanavlivaetsya davleniem elektronov, nahodyashihsya v osobom kvantovom sostoyanii. Esli zhe massa zvezdy bol'she, no ne prevoshodit treh mass Solnca, to szhatie budet prodolzhat'sya do teh por, poka uzhe yadernye sily ne skompensiruyut silu tyagoteniya. V takom sostoyanii zvezdnoe veshestvo uplotneno nastol'ko, chto vse elektrony vdavlivayutsya v protony, prevrashaya ih v neitrony, v rezul'tate chego i voznikaet neitronnaya zvezda s radiusom vsego okolo 10 km. Gravitacionnoe szhatie zvezdy s massoi bolee treh mass Solnca uzhe ne mozhet byt' ostanovleno nikakimi silami, i zvezda prevrashaetsya v chernuyu dyru - ob'ekt, na granice kotorogo vtoraya kosmicheskaya skorost' ravna skorosti sveta. Chernaya dyra imeet "radius" primerno 3 km.

Rentgenovskie tesnye dvoinye sistemy

V nastoyashee vremya znachitel'noe kolichestvo rentgenovskih istochnikov otozhdestvleno s tesnymi dvoinymi sistemami. Pochti vse oni yavlyayutsya rentgenovskimi pul'sarami, to est' bystro vrashayushimisya zamagnichennymi neitronnymi zvezdami, vhodyashimi v sostav dvoinyh sistem. Znacheniya periodov pul'sarov lezhat v intervale ot 0,7 do 835 s.

Istochnikom energii rentgenovskogo pul'sara yavlyaetsya, odnako, ne energiya vrasheniya neitronnoi zvezdy, a gravitacionnaya energiya gaza, peretekayushego na neitronnuyu zvezdu iz opticheskogo komponenta dvoinoi sistemy, vydelyayushayasya pri padenii na ee poverhnost'. Velichina etoi energii

$E=\frac{Gm_p M_s}{R_s}\simeq 135\left(\frac{M_s}{M_{\Theta}}\right)\left(\frac{10^6}{R_s}\right)~\textrm{MeV}$

(1)

gde $m_p$ - massa protona, $G$ - gravitacionnaya postoyannaya, a $M_s$ i $R_s$ - massa i radius neitronnoi zvezdy.

Dlya poyavleniya rentgenovskogo pul'sara neobhodimo, chtoby na poverhnosti neitronnoi zvezdy bylo sil'noe magnitnoe pole V $\equiv$ 10¹¹-10¹³ Gs. Togda kartina akkrecii predstavlyaetsya tak, kak pokazano na ris. 2.

Ris. 2. Kartina akkrecii v tesnoi dvoinoi sisteme

Kak tol'ko v processe evolyucii normal'noi zvezdy v tesnoi dvoinoi sisteme ee poverhnost' dostigaet granicy polosti Rosha, nachinaetsya sil'noe istechenie gaza. Ionizirovannyi gaz svobodno padaet na zamagnichennuyu neitronnuyu zvezdu vplot' do tak nazyvaemoi al'venovskoi poverhnosti, radius kotoroi r_A opredelyaetsya iz usloviya ravenstva magnitnogo i gazovogo davlenii:

$\frac{1}{8\pi}\,B^{2}(r_{A})=\frac{1}{2}\rho V^{2}(r_A)\,,$

(2)

gde $V$ - magnitnoe pole zvezdy, $\rho$ i $V$ - sootvetstvenno plotnost' i skorost' potoka akkreciruemoi plazmy. Na rasstoyanii rA ot neitronnoi zvezdy magnitnoe pole ostanavlivaet potok plazmy i napravlyaet ego vdol' magnitnyh silovyh linii na magnitnye polyusy zvezdy. Takim obrazom, al'venovskii radius opredelyaet granicu magnitosfery neitronnoi zvezdy. Ego velichina sostavlyaet primerno 100 radiusov neitronnoi zvezdy, to est' ~ 1000 km. Samo yavlenie rentgenovskogo pul'sara imeet mesto tol'ko pri ochevidnom uslovii, chto osi magnitnogo polya zvezdy i ee sobstvennogo vrasheniya ne sovpadayut drug s drugom.

Tranzientnye rentgenovskie istochniki - rentgenovskie novye

Tranzient, ili rentgenovskaya novaya, - eto rentgenovskaya zvezda, kotoraya vnezapno vspyhivaet v kakom-libo uchastke neba, gde ona ran'she ne nablyudalas'. Intensivnost' izlucheniya takoi zvezdy vozrastaet s harakternym vremenem poryadka nedeli, a zatem blesk zvezdy postepenno, za neskol'ko mesyacev, padaet do urovnya fona. Krivaya bleska rentgenovskogo tranzienta udivitel'no napominaet krivuyu opticheskogo bleska novoi. Vot pochemu tranzienty imeyut vtoroe nazvanie - rentgenovskie novye. Blesk tranzienta v moment maksimuma vspyshki mozhet znachitel'no prevyshat' yarkost' samyh moshnyh postoyannyh rentgenovskih istochnikov.

Obsheprinyatoe seichas ob'yasnenie etogo yavleniya bylo predlozheno A.I. Cyganom. Rentgenovskie novye - eto takzhe dvoinye sistemy, no v otlichie ot predydushego sluchaya neitronnaya zvezda dvizhetsya po sil'no vytyanutoi orbite s bol'shim ekscentrisitetom. Poka neitronnaya zvezda nahoditsya daleko ot opticheskogo komponenta, skorost' istecheniya veshestva iz normal'noi zvezdy nevelika i sootvetstvenno mal potok voznikayushego v rezul'tate akkrecii rentgenovskogo izlucheniya. Kak tol'ko neitronnaya zvezda vhodit v periastr (to est' podhodit blizko k normal'noi zvezde), iz-za umen'sheniya rasstoyaniya mezhdu zvezdami i sootvetstvuyushego vozrastaniya gravitacionnogo vozdeistviya neitronnoi zvezdy na opticheskii komponent moshnost' istecheniya rezko vozrastaet, uvelichivaetsya temp akkrecii i sootvetstvenno rezko rastet rentgenovskii potok. V oblasti periastra rasstoyanie mezhdu zvezdami nastol'ko malo, chto znachitel'naya dolya rentgenovskogo potoka mozhet perehvatyvat'sya opticheskoi zvezdoi. Eto perehvachennoe rentgenovskoe izluchenie obespechivaet dopolnitel'nyi podogrev atmosfery normal'noi zvezdy, v rezul'tate chego ee blesk mozhet vozrasti vo mnogo raz.

Vspyhivayushie rentgenovskie istochniki - barstery

Barster - eto neudachnaya transkripciya angliiskogo slova "burster", sushestvitel'nogo, obrazovannogo ot slova "burst" - vspyshka, vspyhivat', vzryvat'sya. Seichas redakciei zhurnala �Pis'ma v "Astronomicheskii zhurnal"� predlozheno nazyvat' ih vspyhivayushimi rentgenovskimi istochnikami (VRI). Yavlenie vspyshki - eto vnezapnoe vozrastanie rentgenovskoi intensivnosti za vremya poryadka neskol'kih sekund (ris. 3) ili dazhe men'she.

Ris. 3. Krivaya bleska vspyhivayushego rentgenovskogo istochnika

Zatem proishodit ponizhenie intensivnosti s harakternym vremenem v neskol'ko desyatkov sekund (neskol'ko minut).

Svetimost' barstera v maksimume sravnima so svetimost'yu samyh yarkih rentgenovskih istochnikov v nashei Galaktike. Obshii integral'nyi potok vo vspyshkah imeet tipichnoe znachenie 10^{- 8}-10^{- 7} erg/(sm² $\cdot$ s), chto dlya rasstoyaniya 10 kpk daet znachenie svetimosti $L_x \approx$ 10³⁷-10³⁸ erg/s. Takih vspyshek odnogo istochnika mozhet byt' neskol'ko, vremennoi promezhutok mezhdu vspyshkami poryadka neskol'kih chasov, a inogda i dnei. Takie vspyshki nazyvayutsya vspyshkami I tipa. Seichas izvestno bolee 30 takih medlennyh barsterov. Medlennye barstery nahodyatsya vblizi galakticheskogo ekvatora i koncentriruyutsya k galakticheskomu centru, vhodya v gruppu rentgenovskih istochnikov tak nazyvaemogo galakticheskogo gorba (baldzha). Eta gruppa naschityvaet primerno 70 istochnikov, iz kotoryh detal'no issledovany daleko ne vse.

Rentgenovskie istochniki baldzha sushestvenno otlichayutsya ot rassmotrennyh rentgenovskih dvoinyh sistem, v kotoryh opticheskii komponent, kak pravilo, imeet bol'shuyu massu, a rentgenovskoe izluchenie pul'siruet (vrashaetsya neitronnaya zvezda) i harakterizuetsya dovol'no zhestkim spektrom. Krome togo, dlya etih istochnikov harakterny dovol'no glubokie rentgenovskie zatmeniya, obuslovlennye dvoistvennost'yu etih istochnikov. Rentgenovskie istochniki baldzha, kak pravilo, imeyut bolee myagkie spektry, a pul'siruyushaya komponenta rentgenovskogo izlucheniya otsutstvuet. V techenie dlitel'nogo vremeni u etih istochnikov ne obnaruzhivalis' rentgenovskie zatmeniya. I lish' v poslednee vremya u istochnika 4U1915-05 naideny slabye rentgenovskie zatmeniya s periodom R = 2985 s. Eto pozvolyaet dumat', chto istochniki galakticheskogo baldzha takzhe yavlyayutsya rentgenovskimi dvoinymi, no, po-vidimomu, s malomassivnymi opticheskimi komponentami.

Barstery, kak pravilo, imeyut myagkii rentgenovskii spektr (kT ~ 3-10 KeV), u nih otsutstvuyut periodicheskie pul'sacii izlucheniya. Sushestvuyut sil'nye argumenty v pol'zu togo, chto eti istochniki yavlyayutsya neitronnymi zvezdami, a ne belymi karlikami ili chernymi dyrami. Osnovnoi argument sostoit v tom, chto spektry vspyshek s horoshei stepen'yu tochnosti okazyvayutsya plankovskimi. S uchetom togo, chto primerno sem' barsterov nadezhno otozhdestvleny s sharovymi skopleniyami, a dlya drugih barsterov imeyutsya dovol'no razumnye ocenki ih rasstoyanii, okazyvaetsya vozmozhnym opredelenie radiusa izluchayushei oblasti. Ego znachenie ~ 7 km, chto blizko k velichinam radiusov neitronnyh zvezd. Nalichie myagkogo rentgenovskogo spektra i otsutstvie periodicheskih pul'sacii mogut byt' svyazany s tem obstoyatel'stvom, chto u neitronnyh zvezd takih istochnikov net sil'nogo magnitnogo polya: V ~ 10⁸-10⁹ $\ll$ 10¹² Gs.

Vspyshki barsterov proishodyat, kak pravilo, na fone slabo modulirovannogo potoka izlucheniya. Interesno, chto sootnoshenie prointegrirovannyh za odin chas vspyshechnogo i postoyannogo potokov sostavlyaet 8%. Eto pochti tochno sootvetstvuet otnosheniyu yadernoi energii svyazi (8 MeV) k gravitacionnoi energii protona, vydelyaemoi pri akkrecii (~130 MeV). Vot pochemu schitaetsya, chto vspyshki proishodyat v rezul'tate yadernogo goreniya v obolochke neitronnoi zvezdy veshestva, nakoplennogo v rezul'tate akkrecii. Termoyadernaya vspyshka nakoplennogo veshestva mozhet real'no ob'yasnit' nablyudatel'nye svoistva barsterov. Naibolee podhodyashii material dlya vspyshki - gelii. Odnako i gorenie vodoroda igraet nemalovazhnuyu rol'.

Vyrozhdennye karliki - istochniki rentgenovskogo izlucheniya

Vyrozhdennye karliki v tesnyh dvoinyh sistemah obrazuyut shirokii klass zvezd, izvestnyi kak vzryvnye peremennye (Cataclysmic variables). Oni delyatsya na sleduyushie chetyre gruppy: novye, povtornye novye, karlikovye novye i novopodobnye. Eti gruppy otlichayutsya energovydeleniem, amplitudoi i chastotoi vspyshek. Ot mnogih vzryvnyh peremennyh zaregistrirovano rentgenovskoe izluchenie, kotoroe voznikaet v rezul'tate akkrecii na belyi karlik veshestva, peretekayushego iz normal'nogo komponenta dvoinoi sistemy.

V poslednee vremya sredi vzryvnyh peremennyh osobyi interes vyzyvaet nedavno obnaruzhennyi klass zvezd tipa AM Gerkulesa (Her). Oni vydelyayutsya bol'shoi polyarizaciei opticheskogo izlucheniya, dostigayushei neskol'kih desyatkov procentov. V spektrah etih zvezd nablyudayutsya sil'nye emissionnye linii, vid kotoryh izmenyaetsya s periodom, ravnym orbital'nomu periodu dvoinoi sistemy. Ot etih zvezd zaregistrirovany potoki pul'siruyushego rentgenovskogo i dazhe myagkogo gamma-izlucheniya. Hotya ustanovleno, chto oni obuslovleny glavnym obrazom ochen' sil'nym magnitnym polem belyh karlikov, vhodyashih v tesnye dvoinye sistemy (po raznym ocenkam, napryazhennost' polya sostavlyaet 10⁷-10⁸ Gs), detal'noe ob'yasnenie poka otsutstvuet. Vo vsem mire prodolzhaetsya intensivnoe issledovanie etih ob'ektov. Interesnye spektral'nye dannye polucheny v nablyudeniyah na 6-metrovom teleskope Rossii.

Chernye dyry v dvoinyh sistemah

Vydayushimsya dostizheniem rentgenovskoi astronomii yavilos' otkrytie chernyh dyr v dvoinyh sistemah (esli proyavit' ostorozhnost', to sleduet govorit' o kandidatah v chernye dyry).

Harakter akkrecii plazmy iz opticheskogo komponenta na chernuyu dyru otlichaetsya ot sluchaya neitronnoi zvezdy, tak kak u chernoi dyry ne mozhet byt' sil'nogo magnitnogo polya. Poetomu rentgenovskoe izluchenie akkreciruyushei chernoi dyry nikogda ne budet pul'sirovat'. Odnako reshayushim argumentom, konechno, yavlyaetsya opredelenie massy rentgenovskogo komponenta, naprimer po krivoi luchevyh skorostei opticheskogo komponenta.

Do poslednego vremeni nailuchshim kandidatom v chernye dyry schitalsya rentgenovskii istochnik Lebed' H-1 (Cyg X-1). Imenno etomu istochniku posvyasheno dovol'no mnogo rabot i obzorov. Cyg H-1 - moshnyi istochnik rentgenovskogo izlucheniya s dovol'no zhestkim spektrom. Ego izluchenie predstavlyaet soboi neregulyarnuyu posledovatel'nost' vo vremeni impul'sov razlichnoi moshnosti i dlitel'nosti (vplot' do millisekund). Ego opticheskim komponentom yavlyaetsya goluboi sverhgigant - zvezda HDE 226868. Ee spektral'nye linii menyayutsya vsledstvie effekta Doplera s periodom R = 5,6 sutok, chto sootvetstvuet orbital'nomu periodu dvoinoi sistemy. Po krivoi luchevyh skorostei mozhno naiti funkciyu mass, kotoraya pozvolyaet ustanovit' nizhnii predel i massu nevidimogo ob'ekta kak ~10 mass Solnca. Eto i est' glavnyi nablyudatel'nyi argument v pol'zu sushestvovaniya chernoi dyry v etoi dvoinoi sisteme.

V poslednee vremya naideny i drugie kandidaty v chernye dyry - eto rentgenovskii istochnik v Bol'shom Magellanovom Oblake LMC X-3 i rentgenovskaya novaya V404 Cyg. Opredelennye massy kompaktnyh zvezd - istochnikov rentgenovskogo izlucheniya okazalis' namnogo vyshe treh mass Solnca - predel'nogo znacheniya massy neitronnoi zvezdy. Poetomu oni s bol'shoi stepen'yu dostovernosti yavlyayutsya chernymi dyrami.

Vnegalakticheskie istochniki rentgenovskogo izlucheniya

Istochnikami rentgenovskogo izlucheniya yavlyayutsya normal'nye i radiogalaktiki, kvazary i seifertovskie galaktiki. Sovremennaya rentgenovskaya astronomiya dostigla takogo vysokogo urovnya uglovogo razresheniya, kotoryi pozvolyaet vydelyat' otdel'nye diskretnye istochniki vnutri blizhaishih k nam galaktik.

Pozhalui, samym interesnym sobytiem yavilos' otkrytie moshnogo rentgenovskogo izlucheniya kvazarov i yader aktivnyh galaktik. Katalog laboratorii im. A. Einshteina naschityvaet bolee 3000 diskretnyh rentgenovskih istochnikov. Predpolagayut, chto eto kvazary, no opticheski oni poka neotozhdestvleny. Rentgenovskie svetimosti kvazarov i yader seifertovskih galaktik v energeticheskom intervale 0,5 $\leq E_{x} \leq$ 4,5 KeV lezhat v predelah 10⁴³ $\leq L_x \leq$ 10⁴⁷ erg/s. Sushestvenno, chto v rentgenovskom diapazone byla naidena bolee bystraya peremennost' ( $\tau$ ~ 10⁴ s), chem v opticheskom diapazone ( $\tau$ ~ 1 mesyac). Nakonec, v samoe poslednee vremya poyavilis' soobsheniya ob obnaruzhenii bolee bystroi rentgenovskoi peremennosti kvazarov: $\tau$ ~ 100 s! Takaya bystraya peremennost' pozvolyaet ocenit' harakternye razmery oblasti izlucheniya kak R_x ~ 10¹³-10¹⁴ sm. Isklyuchitel'naya kompaktnost' galakticheskih yader, a takzhe ih vysokaya energetika v rentgenovskom diapazone, kotoraya mozhet byt' ob'yasnena tol'ko mehanizmom akkrecii, pozvolyayut predpolagat', chto galakticheskie yadra yavlyayutsya sverhmassivnymi chernymi dyrami. Rentgenovskoe izluchenie voznikaet v rezul'tate akkrecii mezhgalakticheskogo gaza i veshestva zvezd na sverhmassivnuyu chernuyu dyru.

Vydayushimsya dostizheniem rentgenovskoi astronomii bylo otkrytie protyazhennyh istochnikov rentgenovskogo izlucheniya v skopleniyah galaktik. Samye moshnye iz nih - skopleniya Volosy Veroniki, Perseya i Devy. Harakternye razmery protyazhennyh istochnikov sostavlyayut 0,1-1 Mpk, a ih svetimost' lezhit v predelah 10⁴³-10⁴⁵ erg/s. Detal'noe issledovanie ih spektrov pokazalo, chto istochnikom izlucheniya yavlyaetsya goryachii mezhgalakticheskii gaz s temperaturoi 10⁷-10⁸ K, zahvachennyi skopleniem kak gravitacionnoi yamoi.

Central'naya problema proishozhdeniya etogo gaza: yavlyaetsya li on reliktovym, to est' ostalsya eshe ot epohi do rozhdeniya galaktik, ili on imeet galakticheskoe proishozhdenie, to est' vybroshen iz galaktik tem ili inym putem (naprimer, s pomosh'yu "galakticheskogo vetra")? Kriticheskim testom dlya resheniya etoi problemy yavlyaetsya opredelenie otnosheniya Fe/H. Kolichestvo zheleza bylo opredeleno blagodarya obnaruzheniyu vysokoionizirovannyh linii zheleza Fe XXV i Fe XXVI. Velichina etogo otnosheniya okazalas' blizkoi k znacheniyu, harakternomu dlya normal'nyh galaktik. Takim obrazom, goryachii gaz vnutri skopleniya, nesomnenno, imeet galakticheskoe proishozhdenie.

Zaklyuchenie

Takim obrazom, sovremennaya astronomiya imeet delo s moshnymi istochnikami kosmicheskogo rentgenovskogo izlucheniya, kotorymi yavlyayutsya neobychnye zvezdy, takie, kak neitronnye zvezdy i chernye dyry, a takzhe sverhmassivnye chernye dyry (yadra galaktik). Kak pravilo, eti ob'ekty yavlyayutsya takzhe istochnikami gamma-izlucheniya. Vmeste s tem v poslednie gody otkryta novaya neobychnaya populyaciya istochnikov kosmicheskogo gamma-izlucheniya, priroda kotoryh neizvestna. Ya predpolagayu rasskazat' ob etih istochnikah v otdel'noi stat'e.

Literatura


[1]	Shklovskii I.S. Zvezdy, ih rozhdenie, zhizn' i smert'. M.: Nauka, 1984.
[2]	Lipunov V.M. Astrofizika neitronnyh zvezd. M.: Nauka, 1986.
[3]	Gnedin Yu.N. Sovremennaya astronomiya: Novye napravleniya i novye problemy // Sorosovskii Obrazovatel'nyi Zhurnal. 1996. No 8. S. 76-83.
[4]	Cherepashuk A.M. Tesnye dvoinye zvezdy na pozdnih stadiyah evolyucii // Tam zhe. S. 84-92.

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce