<< 5. Eruptivnye vybrosy kak | Oglavlenie | Literatura >>
Razdely
6. Kaskadnoe razvitie «nachal'nyi vybros - tor - tornado - dzhet» - zakonomernaya evolyuciya akkrecionno-struinoi sistemy
Sravnitel'no slabye vozmozhnosti ispol'zuemyh nami komp'yuterov ne pozvolili nam ranee prodlit' eksperimenty do bol'shih vremen, a takzhe uchest' v modelirovanii nagrev i ohlazhdenie vysvechivaniem. Preodolenie etih trudnostei privelo k yasnomu osoznaniyu zakonomernyh etapov evolyucii akkrecionno-struinyh sistem.
i) Vvedenie i postanovka zadachi. V dannom punkte my predstavlyaem rezul'taty chislennogo nelineinogo modelirovaniya processa udarnogo rasshireniya obolochki na rannei stadii sushestvovaniya molodoi massivnoi zvezdy i formirovaniya tumannostei, podobnyh tumannosti Mz3 «Muravei» (sm. [36-38]). My predpolagaem, chto formirovanie tumannostei tipa Mz3 nachinaetsya, kogda v molodom zvezdnom ob'ekte iz-za «vklyucheniya» termoyadernyh reakcii skachkom uvelichivayutsya davlenie i temperatura i proishodit vybros porcii veshestva v okruzhayushee zvezdu gazovoe oblako. V silu nalichiya okolozvezdnogo tora vybros rasprostranyaetsya v napravlenii osi simmetrii sistemy. Etot sverhzvukovoi vybros sozdaet moshnuyu udarnuyu volnu v okruzhayushei zarodysh zvezdy srede.
Rassmotrenie provodim v sfericheskoi sisteme koordinat. Sredu modeliruem ideal'nym gazom. Polagaem gravitacionnoe pole sfericheski simmetrichnym, s centrom, sovpadayushim s nachalom koordinat. Takim obrazom, gravitacionnym vozdeistviem okolozvezdnogo diska prenebregaem. Uchityvaem vozmozhnost' ohlazhdeniya gaza vysvechivaniem i ego nagreva vneshnim izlucheniem.
Radial'nye zavisimosti ravnovesnyh parametrov sistemy imeyut stepennoi vid:
- davlenie; 
- plotnost';
-
vnutrennyaya energiya gaza. Funkciya ohlazhdeniya iz rabot [28, 39]
approksimirovalas' splainami.
Postavlennaya zadacha reshalas' metodom chislennogo modelirovaniya po
sheme TVD. Nami bylo prodelano bolee dvadcati serii modelirovaniya,
razlichayushihsya parametrami nachal'nogo vybrosa. Modelirovanie
provodilos' v ploskosti 
sfericheskoi sistemy koordinat, i
predpolagalos', chto model' simmetrichna otnositel'no osi simmetrii,
a v polovine serii eksperimentov, krome togo, chto model'
simmetrichna eshe i otnositel'no ploskosti diska. Raspredelenie
radial'noi skorosti nachal'nogo vybrosa po 
-koordinate
zadavalos' v vide giperbolicheskogo kosinusa libo funkcii Gaussa.
Na risunkah i slaidah vo vremya doklada my privodim naibolee
harakternye rezul'taty dlya vseh provedennyh serii chislennyh
eksperimentov, pokazyvaya vektornoe pole skorostei, uglovuyu
skorost' vrasheniya i plotnost' veshestva v real'nyh prostranstvennyh
koordinatah v razreze, prohodyashem cherez os' simmetrii sistemy.
ii) Obsuzhdenie rezul'tatov. Struktura techenii vnutri obolochki, obrazovannoi udarnoi volnoi, yavlyaetsya ochen' slozhnoi. Naryadu s proshedshei v okolozvezdnyi disk i otrazhennoi vnutr' obolochki udarnymi volnami prisutstvuet takzhe ierarhicheskaya struktura korotkozhivushih i dolgozhivushih vihrei, otrazhayushih tendenciyu k turbulizacii veshestva. Ostanovimsya, poetomu, na naibolee sushestvennyh momentah, prolivayushih svet na prichiny formirovaniya nablyudaemyh tumannostei.
Prezhde vsego na osnovanii dvuh desyatkov serii eksperimentov mozhno utverzhdat', chto evolyuciya techenii vnutri obolochki podrazdelyaetsya na tri harakternyh i zakonomernyh etapa.
I. Na pervom etape veshestvo pervonachal'nogo vybrosa,
obladayushee znachitel'no bolee vysokim davleniem, chem v okruzhayushei
ego srede, i uzhe sozdavshee udarnuyu obolochku, nachinaet rasshiryat'sya
po shirotnomu uglu, obtekaya etu plotnuyu obolochku, iz-za chego
priobretaet uglovoi moment, orientirovannyi po
-koordinate (ris. 2,a).
II. Na vtorom etape, hotya obolochka uzhe rasprostranilas' dalee po radiusu, ukazannoe veshestvo, priobretshee uglovoi moment, obrazuet toroobraznyi vihr' (ris. 2,b). Etot dolgozhivushii vihr' formiruetsya vnutri obolochki nad samoi vnutrennei chast'yu diska. Vnutrennyaya poverhnost' vihrya obrazuet soplo Lavalya (konfiguraciya konfuzor-diffuzor), i imenno v nem proishodit uskorenie gaza do sverhzvukovyh skorostei.
Vazhno otmetit', chto dvizhenie uskoryaemogo gaza i vrashayushegosya veshestva v vihre sonapravleny, iz-za chego gradient skorosti ot sopla k vrashayushemusya gazu mal, poetomu takaya konfiguraciya ne razmyvaetsya neustoichivost'yu Kel'vina - Gel'mgol'ca.
V rezul'tate etogo processa vo vseh ukazannyh seriyah eksperimentov vnutri obolochki formiruetsya uzkaya sverhzvukovaya vrashayushayasya struya, obrazovannaya iz veshestva diska, zatyagivaemogo vnutr' obolochki toroobraznym vihrem. Imenno s formirovaniem takih sverhzvukovyh strui my svyazyvaem zaostrenie golovnoi chasti (a v posleduyushem - grushevidnuyu formu) obolochek.
Struya dogonyaet obolochku, vtorgayas' v ee gaz, sozdaet vnutrennyuyu udarnuyu volnu, peredaet energiyu golovnoi chasti obolochki i uskoryaet ee.
III. Na tret'em etape vybroshennoe cherez soplo Lavalya vrashayusheesya veshestvo strui pod deistviem centrobezhnoi sily ottekaet ot osi simmetrii tem dal'she, chem dal'she ono ot centra simmetrii sistemy. V rezul'tate ono obrazuet smerchepodobnuyu voronku vokrug osi simmetrii, i eta voronka, v svoyu ochered', zatyagivaet veshestvo i vybrasyvaet ego v storonu obolochki (effekt tornado). Sushestvenno, chto eto vybroshennoe smerchem veshestvo diska «nadstraivaet» voronku. Takim obrazom, opisannoe techenie yavlyaetsya samopodderzhivayushimsya. Poetomu, hotya k etomu vremeni toroobraznyi vihr' uzhe raspadaetsya, generaciya strui prodolzhalas' vo vseh seriyah eksperimentov do konca modelirovaniya.
Kraine vazhno, chto opisannyi gidrodinamicheskii mehanizm formirovaniya strui posredstvom razvitiya kaskada «vybros - tor - tornado» osnovyvaetsya isklyuchitel'no na vypolnenii zakona sohraneniya momenta impul'sa i poetomu dolzhen imet' mesto dlya lyubyh akkrecionno-struinyh sistem. Nalichie zhe drugih dopolnitel'nyh faktorov - magnitnye polya i t. d. - sposobno ego modificirovat', no ne ustranit'.
Dostatochno interesnym effektom yavlyaetsya i nablyudavshiisya v seriyah s odnostoronnim vybrosom progib akkrecionnogo diska i ego smeshenie vdol' osi simmetrii v napravlenii, protivopolozhnom nachal'nomu vybrosu. Etot effekt obuslovlen, ochevidno, impul'som, peredavaemym veshestvu diska proshedshei v nego udarnoi volnoi, sozdavaemoi udarnoi volnoi obolochki. Vo vnutrennei okolozvezdnoi oblasti v dannoi situacii, naprotiv, osnovnaya dolya veshestva diska zatyagivaetsya v obolochku v napravlenii nachal'nogo vybrosa, iz-za chego v real'nyh ob'ektah dolzhen rezko umen'shat'sya temp akkrecii. Veroyatno, analogichnyi effekt budet nablyudat'sya i ne pri odnostoronnem, a voobshe, pri nesimmetrichnom vybrose.
Sil'no vytyanutaya forma obolochki, nablyudavshayasya vo vseh seriyah na bol'shih vremenah, ochen' napominaet morfologiyu golovnyh udarnyh voln v molodyh zvezdnyh ob'ektah s dzhetami (takih, kak, naprimer, NN1/NN2). Veroyatno, imenno tak eti ob'ekty i obrazuyutsya na bolee pozdnih, chem rassmotrennye nami, stadiyah evolyucii molodoi zvezdy.
V rezul'tate etogo processa proishodit znachitel'nyi razogrev golovnoi chasti obolochki. Poskol'ku davlenie v etoi chasti i okruzhayushih ee oblastyah dostatochno bystro vyravnivaetsya, plotnost' v golovnoi chasti obolochki sootvetstvenno znachitel'no umen'shaetsya, chto vizual'no na risunkah vosprinimaetsya kak tendenciya k proryvu obolochki. Odnako, kak pokazyvaet nashe modelirovanie, takogo proryva ne proishodit dazhe na ochen' bol'shih vremenah.
V sluchae odnostoronnego vybrosa i tonkogo diska udarnaya volna prohodit cherez okolozvezdnyi disk i sozdaet udarnuyu volnu - obolochku - v protivopolozhnoi otnositel'no nachal'nogo vybrosa polusfere. Forma etoi obolochki neskol'ko inaya (prakticheski parabolicheskaya). Kak predstavlyaetsya, nekotorye nesimmetrichnye tumannosti mogut voznikat' imenno takim obrazom.
iii) Osnovnye vyvody. Provedennyi nami analiz pozvolyaet sdelat' sleduyushie vyvody:
1. Rezul'taty chislennogo modelirovaniya odnoznachno svidetel'stvuyut o tom, chto v struyu popadaet veshestvo diska, obladayushee uglovym momentom.
2. Esli v silu nekotoryh prichin proishodit ne bipolyarnyi, a odnostoronnii vybros veshestva, to vyzvannaya im udarnaya volna prohodit cherez disk i formiruet udarnuyu volnu (obolochku) s drugoi storony diska.
3. Zakonomernost'yu pri vysokih nachal'nyh skorostyah vybrosa yavlyaetsya znachitel'noe udlinenie golovnoi chasti obolochki, chto yavlyaetsya harakternym dlya mnogih molodyh zvezdnyh ob'ektov.
4. Chislennoe modelirovanie pokazyvaet, chto zakonomernost'yu yavlyaetsya to, chto formirovanie strui obuslovleno nalichiem dolgozhivushego toroobraznogo vihrya, v kotorom proishodit vrashenie gaza kak vdol' srednei linii tora, tak i vokrug nee.
5. Zakonomernost'yu yavlyaetsya obrazovanie provala plotnosti na fronte obolochki mezhdu ee golovnoi chast'yu i ostal'nymi chastyami obolochki.
6. Filamenty (svetyashiesya gazovye volokna) mogut byt' obuslovleny neodnorodnost'yu rasseyaniya ili poglosheniya izlucheniya central'noi zvezdy na gazopylevoi obolochke golovnoi udarnoi volny iz-za neodnorodnosti raspredeleniya plotnosti na fronte obolochki (sm. tez. Sevost'yanova v nastoyashem sbornike).
6.1. Nereshennye prblemy
Zdes' my privodim krug voprosov (i sootvetstvenno zadach) logicheski vytekayushih iz rezul'tatov nashih predydushih issledovanii, kotorye my planiruem razreshit' v blizhaishem budushem.
1. Chto proishodit s obolochkoi, struei i izluchayushimi uzlami, kogda udarnaya obolochka vyhodit za krai okolozvezdnogo diska?
2. Kak povedet sebya obuslovlennaya effektom «tornado» (yavno neravnovesnaya po davleniyu) struya, esli vozbuzhdat' ee malymi vozmusheniyami?
3. Intuitivno ponyatno, chto pri vklyuchenii termoyadernyh reakcii iz-za kollimacii okolozvezdnym torom (ne govorya uzhe o vozmozhnom vliyanii dipol'nogo magnitnogo polya yadra) prosto obyazan proizoiti bipolyarnyi sverhzvukovoi vybros veshestva. Kak eto poschitat' v dostatochno korrektnoi postanovke?
4. Neobhodimy raschety obsuzhdaemoi stadii evolyucii akkrecionno-struinyh sistem, otlichnyh ot molodyh zvezdnyh ob'ektov. V chastnosti, eto prolilo by svet na prichiny formirovaniya nablyudaemoi morfologii SS-433 i radiodzhetov i konusov ionizacii v okrestnostyah aktivnyh yader galaktik.
Zavershaya obsuzhdenie, sleduet sdelat' vyvod ob odnoznachnoi neobhodimosti rassmotreniya samosoglasovannyh modelei akkrecionno-struinyh sistem, poskol'ku isklyuchenie iz rassmotreniya hotya by odnoi komponenty sistemy radikal'no izmenyaet vsyu fizicheskuyu kartinu ee evolyucii.
Hrapov S. S. priznatelen administracii Volgogradskogo gosuniversiteta za predostavlennyi grant molodyh uchenyh 08-2003-A/VolGU.
<< 5. Eruptivnye vybrosy kak | Oglavlenie | Literatura >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
akkreciya - diskovaya akkreciya - dzhet - neustoichivost'
Publikacii so slovami: akkreciya - diskovaya akkreciya - dzhet - neustoichivost' | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
