Razmernosti i podobie astrofizicheskih velichin
<< § 6.3 Avtomodel'nye dvizheniya v zvezdah i protozvezdah | Oglavlenie | § 7.1 Sistema uravnenii i parametry zvezdnyh sistem >>
§ 6.4 Chislennoe modelirovanie vspyshek i kollapsa zvezd
S pomosh'yu metodov avtomodel'nyh dvizhenii mozhno reshat' mnogie astrofizicheskie zadachi. No, k sozhaleniyu, eti resheniya ochen' ogranicheny i daleko ne vsegda udaetsya poluchit' vsyu nuzhnuyu informaciyu, chtoby ponyat' osobennosti yavleniya. Poetomu v poslednee vremya vse bol'shee znachenie pridaetsya chislennomu modelirovaniyu nestacionarnyh dvizhenii v zvezdah.
Odna iz vazhneishih zadach takogo tipa - analiz szhatiya zvezdy posle ischerpaniya v nei termoyadernyh istochnikov energii. Kak izvestno, maksimal'naya energiya svyazi na odin proton ili neitron dostigaetsya u yader gruppy zheleza. Eto oznachaet, chto esli v processe vse bol'shego povysheniya temperatury v yadre zvezd proishodit vklyuchenie vse bolee slozhnyh termoyadernyh reakcii, to oni zakanchivayutsya posle togo, kak v zvezde obrazuetsya zheleznoe yadro (esli eto vozmozhno - sootvetstvuyushie usloviya realizuyutsya, po-vidimomu, v dostatochno massivnyh zvezdah). Posle etogo termoyadernye reakcii v centre zvezdy ne mogut byt' ekzotermichnymi.
Zheleznoe yadro podobnoi massivnoi zvezdy okruzheno sloyami veshestva s postepennym umen'sheniem soderzhaniya tyazhelyh elementov i uvelicheniem soderzhaniya legkih elementov po mere perehoda k poverhnosti. V chastnosti, imeyutsya, po-vidimomu dostatochno massivnye sloi s zametnym soderzhaniem kisloroda i ugleroda. Vozmozhno, chto v samyh naruzhnyh sloyah sohranyaetsya mnogo geliya i dazhe vodoroda.
Posle obrazovaniya zheleznogo yadra nachinaetsya szhatie zvezdy, kotoroe uzhe ne mozhet byt' ostanovleno vydeleniem energii v kakih-libo termoyadernyh reakciyah v central'noi chasti zvezdy. Szhatie priobretaet katastroficheskii harakter, v zvezde obrazuetsya udarnaya volna, za frontom kotoroi temperatura rezko povyshaetsya. Eto privedet k vozmozhnoi detonacii nesgorevshih elementov, v pervuyu ochered' kisloroda, v bolee vysokih sloyah. Togda zdes' proizoidet vzryvnoe osvobozhdenie bol'shogo kolichestva energii, i znachitel'naya chast' veshestva zvezdy razletitsya, - tak, po sushestvuyushemu predstavleniyu, ob'yasnyaetsya yavlenie sverhnovyh.
Odnako na samom dele kartina slozhnee. Razogrevanie central'nyh chastei zvezd soprovozhdaetsya generaciei bol'shogo kolichestva neitrino, kotorye unosyat zametnuyu chast' energii. Poetomu udarnaya volna mozhet i ne obrazovat'sya. Szhatie zvezdy s prekrativshimisya termoyadernymi reakciyami mozhet proizoiti spokoino, bez vzryvov. Bolee togo, poteri energii na neitrinnoe izluchenie, ne pozvolyaya temperature povyshat'sya slishkom sil'no, ostanovyat yadernuyu evolyuciyu zvezdy eshe zadolgo do obrazovaniya zheleznogo yadra.
Odnako neitrino, obrazovavshiesya v centre, mogut byt' poglosheny v bolee vysokih sloyah zvezdy, kuda oni perenesut energiyu szhatiya - eto tak nazyvaemyi effekt depozii. Togda obolochka zvezdy ispytaet sil'nyi nagrev i blagodarya etomu mozhet byt' sbroshena. Eto yavlenie takzhe chasto privlekayut dlya ob'yasneniya sverhnovoi. Takim obrazom, tochnyi i uverennyi uchet neitrinnyh poter' yavlyaetsya opredelyayushim dlya etih faz evolyucii. K sozhaleniyu, my eshe daleki ot etogo ideala. Krome togo, ves' raschet zavisit i ot predpolozhenii o sostave zvezdnogo veshestva v konce stadii termoyadernyh reakcii - a eto tozhe delaetsya ves'ma proizvol'no. Est' i drugie trudnosti.
Tem ne menee bylo provedeno neskol'ko raschetov szhatiya i vzryva ZEezd v konce fazy termoyadernyh reakcii (sm. [39-42]). Rezul'taty etih raschetov mozhno sovsem grubo summirovat' sleduyushim obrazom.
Zvezdy s massoi M ≲ 4M☉ v processe szhatiya posle ischerpaniya termoyadernyh istochnikov energii uzhe okazyvayutsya nastol'ko plotnymi, chto vozmozhen effekt depozii. Obolochka etih zvezd pogloshaet neitrinnoe izluchenie, nagrevaetsya i sbrasyvaetsya. Osnovnaya chast' zvezdy prevrashaetsya v neitronnuyu zvezdu, esli ee massa men'she predela Oppengeimera - Volkova, libo uhodit v svoyu "chernuyu dyru".
U zvezd bol'shei massy - 4M☉ ≲ M ≤ 15M☉ - neitrinnoe izluchenie pogloshaetsya v samih kollapsiruyushih yadrah posle dostizheniya opredelennoi plotnosti. Na etom etape szhatie yadra priostanavlivaetsya, a padenie na nego vneshnih sloev zvezdy privodit k bystroi detonacii sohranivshegosya kisloroda. Proishodit vzryv, nekotoraya chast' zvezdy razbrasyvaetsya i massa ostatka mozhet okazat'sya men'shei predela mass neitronnyh zvezd.
Zvezdy eshe ból'shih mass - 15M☉ ≲ M ≤ 40M☉, veroyatno, nastol'ko bystro kollapsiruyut, chto vremya szhatiya okazyvaetsya men'she harakternogo vremeni detonacii, i oni bystro uhodyat v svoyu "chernuyu dyru", ne uspev vzorvat'sya i razbrosat' massu. Voobshe u ochen' massivnyh zvezd evolyuciya nastol'ko bystraya, chto kollaps mozhet proizoiti eshe do togo, kak v centre obrazuetsya zheleznoe yadro (sm. [43]).
Podrobnyi raschet processa szhatiya i detonacii kisloroda byl proveden L. I. Ivanovoi, V. S. Imshennikom, D. K. Nadezhinym [42] dlya zvezd s massami 10 M☉ i 30 M☉. Raschet pokazal, chto ves' process szhatiya prodolzhaetsya okolo minuty ili dazhe desyatka sekund. V centre zvezdy temperatura dostigaet 2 ⋅ 1010 -5 ⋅ 1011 gradusov pri plotnosti 1010-1013 g/sm3. Pri detonacii v udarnoi volne, obrazovavsheisya pri ostanovke szhatiya yadra, sgoraet do 80-90% kisloroda, eshe sohranivshegosya v bolee vysokih sloyah. Eto i privodit k sbrosu obolochki s kineticheskoi energiei 1049-1050 erg u zvezd s massoi 10 M☉. Dlya zvezd s massoi 30 M☉ sbrosa obolochki v raschetah ne poluchalos'.
Massa sbroshennyh obolochek poryadka (0,1-0,25) M☉ i ih skorost' (10-14) ⋅ 108 sm/sek. Skorost' sootvetstvuet dannym nablyudenii sverhnovyh II tipa, no massa i kineticheskaya - energiya obolochki okazalis' soglasno raschetam neskol'ko men'shimi, chem nuzhno dlya ob'yasneniya nablyudenii.
Avtory raboty [42] podcherkivayut, chto dlya sbrosa bol'shoi obolochki neobhodima detonaciya kisloroda, ostavshegosya vo vneshnih chastyah zvezdy. Esli detonacii kisloroda net, to sbrasyvaetsya ne bolee 0,01 M☉.
Gravitacionnaya i teplovaya energii szhatiya zvezdy dostigayut v otdel'nyh variantah ∼ 1053 erg, i tol'ko nebol'shaya chast' etoi energii (doli procenta) peredaetsya v vide kineticheskoi energii sbroshennoi obolochke. Znachitel'naya chast' energii (∼ 1053-1054 erg) unositsya neitrino, no vazhno to, chto neitrinnyi vsplesk imeet maluyu dlitel'nost' ∼ 0,3 sek. V poslednee vremya ukazannye vyshe predely mass dovol'no sil'no izmenilis', glavnym obrazom v storonu umen'sheniya, tak kak okazalos', chto sbros obolochek v processe szhatiya yadra zvezdy trebuet gorazdo bolee zhestkih uslovii.
Yavleniya, proishodyashie v obolochke vspyhnuvshei sverhnovoi, mozhno rassmatrivat' do kakoi-to stepeni nezavisimo ot prichin vspyshek. V chastnosti, mozhno podobrat' usloviya rasprostraneniya udarnoi volny ot vspyshki v atmosfere zvezdy v sostoyanii pered vspyshkoi (sverhnovoi tak, chtoby ob'yasnit' naibol'shee kolichestvo nablyudaemyh faktov i tem samym popytat'sya ocenit' usloviya, blagopriyatstvuyushie vspyshke sverhnovoi. E. K. Grasberg, V. S. Imshennik i D. K. Nadezhny [44, 45] pokazali, chto esli zvezda v sostoyanii pered vspyshkoi obladaet ochen' protyazhennoi obolochkoi (do 104 R☉), to eto pozvolyaet luchshe ob'yasnit' nablyudatel'nye dannye. Odnako D. K. Nadezhin nashel, chto mozhno ob'yasnit' nablyudaemye krivye bleska v predpolozhenii kompaktnoi struktury zvezdy pered vspyshkoi, esli schitat', chto energiya vzryva vydelyaetsya medlenno - v techenie 2-20 dnei. Vprochem, izlozhenie i ob'yasnenie vsego kompleksa yavlenii pri vspyshkah sverhnovyh ne vhodit v nashu zadachu.
Chislennoe modelirovanie zadach o dvizhenii gaza i vozniknovenii udarnyh voln v zvezdah eshe nahoditsya na nachal'nom etape svoego razvitiya. Zdes' mnogo trudnostei, dlya preodoleniya kotoryh neobhodimy kak vse bolee moshnye EVM, tak i bolee yasnoe ponimanie fiziki yavleniya.
<< § 6.3 Avtomodel'nye dvizheniya v zvezdah i protozvezdah | Oglavlenie | § 7.1 Sistema uravnenii i parametry zvezdnyh sistem >>
