WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

Аккреционные и динамические процессы в двойных системах и галактических центрах

-- [ Страница 1 ] --

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им.

П.Н.ЛЕБЕДЕВА

На правах рукописи

Иванов Павел Борисович

АККРЕЦИОННЫЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ

ПРОЦЕССЫ В ДВОЙНЫХ СИСТЕМАХ И

ГАЛАКТИЧЕСКИХ ЦЕНТРАХ

специальность: 01.03.02 - астрофизика, радиоастрономия

Автореферат на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва, 2007 1

Работа выполнена в Астрокосмическом центре Физического института им. П.Н.Лебедева РАН

Официальные оппоненты:

д.ф.м.-н. Бисноватый-Коган Геннадий Семенович (Институт космических исследований РАН) д.ф.м.-н. Докучаев Вячеслав Иванович (Институт ядерных исследований РАН) д.ф.м.-н. Шакура Николай Иванович (Государственный астрономический институт им. П.К.Штернберга Московского Государственного университета им. М.В.Ломоносова)

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский Государственный университет

Защита состоится "_ 2008 г. на заседании диссертационного совета Д 002.023.01 Физического института им. П.Н.Лебедева РАН по адресу:

119991, г. Москва, Ленинский проспект, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического института РАН Автореферат разослан "_ 2007 г.

Ученый секретарь д.ф.-м.н. Ю.А.Ковалев

Общая характеристика работы

Актуальность темы Настоящая диссертация посвящена исследованию физических явлений, возникающих при движении газа, звезд, массивных черных дыр и планет-гигантов на параболических и гравитационно-связанных орбитах вокруг центрального массивного тяготеющего тела. Обсуждаются системы, содержащие в качестве центрального тела сверхмассивные черные дыры, которые могут быть найдены в центрах галактик и шаровых скоплениях, а также планетные системы с центральной звездой с массой порядка массы Солнца. Несмотря на значительное разнообразие свойств этих, важнейших с астрономической точки зрения, систем, они обладают некоторыми общими характеристиками, позволяющими применять при их изучении похожие методы. В частности, в таких объектах, как правило, можно одинаковым образом разделить протекающие физические процессы на две группы согласно их характерной временной шкале.

"Быстрые"процессы протекают на "динамических"временных масштабах меньше или порядка некоторого "типичного"орбитального периода. Они могут приводить к интересным нестационарным наблюдательным эффектам. Как правило, основную роль в динамической эволюции системы на малых временных масштабах играет сила гравитации центрального тела, которую, в интересующих нас случаях, можно рассматривать в классическом ньютоновском приближении. Также могут быть важными газодинамические процессы.

"Медленные"процессы, протекающие на временах, много больше характерного динамического времени обусловлены, в основном, поправками к ньютоновским законам движения точечных объектов в поле центрального точечного источника гравитации. В проблемах, обсуждаемых в настоящей диссертации, они определяют форму возможных квазистационарных конфигураций распределения звезд, планет и газа вокруг центрального тела и основные эволюционные и статистические характеристики систем. Изучение медленных процессов позволяет оценить типичные параметры систем, интересных с наблюдательной точки зрения, и вероятность обнаружения того или иного эффекта.

В галактических центрах для звездной компоненты системы и массивных черных дыр основными физическими эффектами, определяющими медленные процессы, являются: гравитационное взаимодействие звезд и черных дыр со звездами центрального скопления, эффекты ОТО (такие, как постньютоновские поправки к законам движения и излучение гравитационных волн), взаимодействия с газовой компонентой системы и, в случае звезд и планет, приливные взаимодействия. Для газовой компоненты, важную роль играют эффекты, определяемые физическим свойствами газа, в частности его вязкостью, поправками ОТО и эффектами взаимодействия со звездами и черными дырами. Похожая ситуация возникает и в планетных системах, где роль центрального звездного скопления играет система протопланет, а центрального аккреционного диска - протопланетный диск. В отличии от галактических центров, в планетных системах можно пренебречь эффектами ОТО.

С наблюдательной точки зрения в галактических центрах интересными, в частности, являются быстрые динамические процессы приливного разрушения звезд и последующей аккреции газа на центральную черную дыру и излучения гравитационных волн звездами, имеющими малый орбитальный период. Часть настоящей диссертации посвящена исследованию этих процессов. Отметим, что эффекты, связанные с приливным разрушением, широко привлекаются при интерпретации переменного рентгеновского излучения, приходящего из ядер некоторых галактик, см., например, работу Komossa и др. 2004 и ссылки в этой работе. В случае образования системы, содержащей двойную черную дыру, вероятно, наиболее интересным является процесс излучения гравитационных волн на стадии слияния черных дыр. Планируемые гравитационно-волновые антенны типа LISA (см., например, веб-страницу www.srl.caltech.edu/lisa/) позволяют уверенно обнаружить сливающуюся черную дыру на расстояниях вплоть до размера космологического горизонта. Темп слияния двойных сверхмассивных черных дыр зависит от характерного времени вековой эволюции орбиты такой системы, которое, в свою очередь, в основном определяется характерными временами четырех процессов:





слияния галактик, динамического трения за счет взаимодействия черных дыр со звездами, излучения гравитационных волн и взаимодействия с газовой компонентой. Интересными также являются процессы взаимодействия двойной черной дыры с газовой компонентой на динамической шкале времен на малых расстояниях 1pc от центра галактики, которые могут приводить к образованию квазипериодического источника оптического излучения из галактических центров. К примеру, так интерпретируется двенадцатилетняя периодичность оптического излучения квазара OJ 287 (см., например, работу Valtonen, 2007 и ссылки в этой работе). В диссертации исследуются как медленные вековые, так и быстрые процессы взаимодействия двойной черной дыры с газовой компонентой системы в форме аккреционного диска и оцениваются соответствующие характерные времена и характеристики возможных наблюдательных проявлений этих взаимодействий. Также мы оцениваем усиление темпа приливного разрушения звезд за счет присутствия двойной черной дыры в центре галактики.

В планетных системах наиболее загадочным представляется распределение планет-гигантов, обнаруженных вне солнечной системы, по их орбитальным параметрам, в частности, наличие большого числа планет с очень маленькими периодами порядка нескольких дней и наличие планет, движущихся по орбитам с существенным эксцентриситетом, см., например, веб-страницу vo.obspm.fr/exoplanets/encyclo/searches.php.

Отметим, что аналогичные вопросы возникают и при исследовании распределения двойных звезд с орбитальными периодами порядка десяти дней по их орбитальному эксцентриситету, см., например, обзор Mathieu 2005. Эволюция орбитальных параметров планет-гигантов определяется их взаимодействием друг с другом, с протопланетным диском и приливным взаимодействием с центральной звездой. Для теории эволюции радиуса орбиты планеты-гиганта, находящейся в протопланетном диске, оказывается полезной наша оценка характерного времени эволюции для аналогичной системы, содержащей сверхмассивную двойную черную дыру. Мы также детальным образом анализируем в тексте диссертации приливные взаимодействия конвективной планеты-гиганта, движущейся по достаточно вытянутой орбите вокруг центральной звезды.

Особое внимание уделяется процессу возбуждения колебаний вращающейся планеты после прохождения периастра за счет приливных взаимодействий. Этот эффект носит название "динамические приливы". При определенных условиях он приводит к вековой эволюции орбиты планеты, характерное время которой не зависит от плохо известных механизма диссипации возмущений планеты и величины вязкости. Полученные выражения для передачи энергии из орбитального движения в колебания звезды, критерия эффективности динамических приливов, и т. д. важны не только для оценки важности роли приливных взаимодействий в системах, содержащих планеты-гиганты. Как показано в диссертации, они также позволяют оценить темп приливного захвата белых карликов и образования источников гравитационного излучения в системах, содержащих черные дыры с массой в диапазоне 103 104 M.

Часть диссертации посвящена некоторым процессам, протекающим в газовой компоненте изучаемых систем, а именно исследуются геометрические возмущения тонких аккреционных дисков, возникающие в следствии выхода колец диска из общей плоскости и их поворота друг относительно друга. Аккреционные диски такого рода называются искривленными. Возмущения искривленных дисков эволюционируют на медленной шкале времен, определяемой величинами вязкости и температуры газа, находящегося в диске. В диссертации получена общая система динамических уравнений, описывающая эту эволюцию. В часто встречающемся случае, когда вблизи центрального тела сферическая симметрия рассматриваемой системы нарушена, а осевая - сохраняется, и плоскость диска вдали от центрального тела не совпадает с плоскостью, выделяемой осевой симметрией, возможно образование квазистационарного искривленного диска. К примеру, в астрофизических системах, обсуждаемых в настоящей диссертации, такая ситуация возможна, когда орбитальная плоскость двойной системы не совпадает с плоскостью диска вокруг более массивного компонента или, когда орбитальная плоскость звезды, разрушенной вращающейся черной дырой, и поставившей газ в аккреционный диск, не совпадает с экваториальной плоскостью черной дыры. Изучение квазистационарных конфигураций искривленных дисков началось с работы Bardeen & Petterson 1975. В ней было сделано утверждение о том, что кольца стационарного искривленного аккреционного диска вокруг вращающейся черной дыры обязательно должны быть уложены в экваториальную плоскость на достаточно малых радиусах от черной дыры. Это утверждение носит название эффекта БардинаПетерсона. Оно интенсивно использовалось в последующих работах, посвященных изучению аккреционных потоков вокруг черных дыр, где предполагалось, что эти потоки являются осесимметричными. В диссертации показано, что это утверждение, строго говоря, не верно для аккреционных дисков малой вязкости, вращающихся в сторону вращения черной дыры. В этом случае, угол наклона колец может колебаться как функция радиуса. Приводится общий критерий, использование которого позволяет судить о том, какая равновесная конфигурация - соответствующая плавной укладки диска в плоскость симметрии системы или имеющая вид радиальных колебаний - реализуется в той или иной системе. В частности, показано, что искривленный аккреционный диск вокруг двойной системы всегда укладывается в ее орбитальную плоскость.

Цель работы Основной целью работы было построение теории динамических взаимодействий некоторых астрофизических объектов: черных дыр, звезд и планет-гигантов друг с другом, а также с газовой компонентой систем, в которых они могут находиться. В работу входят разделы, где ставятся и решаются следующие задачи:

1) Развитие теории приливного трения в баротропных и конвективных звездах и планетах, находящихся на вытянутых орбитах.

2) Развитие теории приливного разрушения звезд сверхмассивными черными дырами.

3) Теория искривленных аккреционных дисков.



Pages:     || 2 | 3 | 4 |
 


Похожие материалы:

« БАРЫШЕВ Юрий Викторович ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЛАКТИК И ТЕСТЫ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ КОСМОЛОГИИ Специальность 01.03.02 — астрофизика и радиоастрономия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Санкт-Петербург 2003 Работа выполнена в Научно-исследовательском астрономическом институте им. В. В. Соболева Санкт-Петербургского государственного университета Министерства образования Российской Федерации. Научный консультант: доктор ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.