Рентгеновская астрономия

---

<< 3. Механизмы генерации излучения | Оглавление | 5. Формирование рентгеновских спектров >>

4. Краткие характеристики источников рентгеновского излучения.

В процессе рентгеновских исследований неба выяснилось,что многие известные классы астрофизических объектов излучают в ренгеновском диапазоне.Однако, кроме них, были обнаружены новые классы астрофизических объектов, ранее неизвестных.Здесь мы кратко опишем различные типы источников рентгеновского изучения.

Солнце. Излучают в рентгене корона и хромосферные вспышки. Светимость короны в рентгеновском диапазоне ( эрг/с).

Нормальные звезды. Рентгеновское излучение связано с коронами. Отношение рентгеновской светимости к оптической возрастает от у O-B звезд до у звезд класса М0. Связь простая. Мощность короны зависит от величины магнитного поля, магнитное поле генерируется конвективной оболочкой, а наиболее развитыми конвективными оболочками обладают самые холодные звезды.

Переменные звезды типа RS Гончих Псов. Эти затменно-переменные звезды характеризуются фотометрической активностью, связанной с пятнами на поверхности звезды. Рентгеновское излучение возникает в высокотемпературной короне, связанной с активными областями на главной компоненте, и во время вспышек, аналогичных солнечным. Постоянная рентгеновская светимость эрг/с (Капелла) - эрг/с ( Gem). Во время вспышек увеличивается в несколько раз.

Затменно-двойные звезды. В некоторых двойных звездах одна из компонент имеет звездный ветер. Вещество ветра формирует ударный фронт при столкновении со второй звездой. Температура за фронтом ударной волны K, и вещество при таких температурах излучает в рентгеновском диапазоне спектра. Пример: Алголь () эрг/с.

Вспыхивающие звезды и звезды типа T Tau. Вспыхивающие звезды типа UV Cet и неправильные переменные звезды, находящиеся на стадии эволюции до главной последовательности (типа T Tau), также являются источниками рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение этих классов звезд может быть связано с магнитными явлениями типа вспышек в их атмосферах, либо с формированием ударного фронта в атмосфере в процессе аккреции вещества (у звезд типа T Tau). Постоянное рентгеновское излучение эрг/с, отношение рентгеновской светимости к оптической и повышается во время вспышек.

Остатки сверхновых. Все остатки сверхновых являются источниками рентгеновского излучения. Различают несколько типов рентгеновского излучения в остатках сверхновых. Плерионы - остатки, имеющие в центре активные пульсары, поставляющие быстрые электроны, излучают за счет рентгеновского "хвоста" синхротронного излучения. Это, например, Крабовидная туманность, т.е. сравнительно молодые остатки сверхновых. Более старые остатки излучают в рентгене, когда разлетающаяся оболочка начинает взаимодействовать с межзвездной средой, формируя ударный фронт, нагретый до K. Рентгеновская светимость Краба эрг/с, оболочечных остатков эрг/с.

Фоновое излучение. Все небо является слабым источником рентгеновского излучения. В мягкой области оно обусловлено тепловым излучением ( К) корональной компоненты межзвездного газа, а в более жесткой области - слабыми неразрешенными источниками. Полная рентгеновская светимость фонового излучения Галактики эрг/с.

Рентгеновские туманности. Рентгеновское излучение обусловлено взаимодействием звездного ветра от звезд высокой светимости с межзвездной средой в OB ассоциациях. Рентгеновская светимость туманности в созвездии Киля эрг/с и обусловлена ветром от 15 звезд классов O и WR.

Галактики со вспышками звездообразования. Являются источниками повышенной рентгеновской светимости из-за обилия в них остатков сверхновых и горячих молодых звезд. Светимости этих галактик в рентгене эрг/с.

Ядра активных галактик и квазары. Вероятнее всего, рентгеновское излучение квазаров и сейфертовских галактик связано с аккреционными дисками вокруг сверхмассивных черных дыр в их центре. Рентгеновская светимость увеличивается от эрг/с у сейфертовских галактик до эрг/с у квазаров. Рентгеновское излучение радиогалактик связано с облаками горячих электронов, выбрасываемых из ядра. Их светимость эрг/с. Рентгеновские спектры большинства активных ядер и квазаров - степенные и формируются, по-видимому, в процессе обратного комптоновского рассеяния.

Скопления галактик. Рентгеновское излучение скоплений галактик связано с горячим межгалактическим газом (Т К). Светимость этого газа в скоплениях эрг/с (скопления в Деве и в Персее). Горячий газ образовался на стадии формирования галактик и остывает крайне медленно ввиду малой плотности.

Рентгеновские пульсары. При аккреции вещества на замагниченную (Н Гс) нейтронную звезду в двойной системе, вещество стекает на звезду по магнитным силовым линиям на магнитные полюса звезды. Образуется аккреционная колонка, излучающая в рентгене, и из-за вращения звезды (магнитные полюса не совпадают с полюами вращения) формируются регулярные рентгеновские импульсы. Изменения рентгеновской светимости со временем имеют в принципе более сложный характер из-за возможных затмений в системе и из-за прецессии. Светимость некоторых систем может превышать Эддингтоновскую, так как плазма удерживается магнитным полем, а не гравитацией. Светимость источников от до эрг/с (SMC X-1, LMC X-4).

Барстеры. При аккреции на нейтронную звезду со слабым магнитным полем рентгеновский пульсар не появляется. Обычно светит почти постоянно аккреционный диск, однако вещество, накапливаемое на поверхности нейтронной звезды, достигая критической массы, испытывает термоядерный взрыв, в процессе которого богатое водородом вещество превращается в гелий и другие тяжелые элементы. Это ведет к вспышкам рентгеновского излучения, повторяющимся через 4-12 часов. Кроме этих вспышек у некоторых барстеров (MXB 1730-335) наблюдаются вспышки второго типа, более частые (отсюда - быстрые барстеры) с интервалом от 20 до 400 секунд, связанные, по-видимому, с неустойчивостью аккреционного диска. Светимость барстера во время вспышки эрг/с, в спокойном состоянии эрг/с. Во время вспышки выделяется в 100 раз меньше энергии, чем в предшествовавший ей спокойный период, т.к. в процессе аккреции на типичную нейтронную звезду на один нуклон выделяется в 100 раз больше потенциальной гравитационной энергии, чем в процессе термоядерной реакции. Вспышки длятся несколько минут, чем дольше предшествовавший ей спокойный период, тем мощнее вспышка. Известно около 50 барстеров, из них - 6 в шаровых скоплениях.

Cyg X-1 и подобные ему источники. Некоторые источники рентгеновского излучения, например, Cyg X-1, показывают быстрые неправильные изменения блеска как на очень маленьких временах (порядка миллисекунд), так и на очень больших, от месяцев до лет. Cyg X-1 - это двойная система, относящаяся к классу массивных рентгеновских двойных (High-Mass X-ray Binaries - HMXB). Это означает, что оптическая звезда в этих системах - горячая звезда -гигант или сверхгигант спектрального класса O-B-A массой , теряющая массу в виде ветра. Вторичная звезда, являющаяся компактным объектом - нейтронной звездой или черной дырой, аккрецирует вещество ветра, что и служит источником рентгеновского излучения в системе. В источнике Cyg X-1 оптическая звезда - сверхгигант спектрального класса A 9-ой звездной величины - HD 226868. Рентгеновская светимость эрг/с. Это вероятный кандидат в черные дыры, так как его массa . Существует несколько источников такого типа.

Маломассивные рентгеновские двойные источники - Low-Mass X-ray Binaries (LMXB). Видимый компонент системы, как правило, красный карлик (реже - красный гигант), переполняющий свою полость Роша, что приводит к аккреции на вторичную компактную (нейтронную) звезду. Источники имеют светимости, близкие к Эддингтоновской ( эрг/с). Примеры: Cyg X-3, Sco X-1.

Кроме того, существует популяция слабых источников со светимостями эрг/с. Возможно, это также системы с красными карликами. К слабым рентгновским источникам относится также SS 433.

Транзиенты. Кроме постоянных рентгеновских источников, существуют источники вспыхивающие и через некоторое время угасающие. Яркость некоторых их них превышает яркость источника Sco X-1, ярчайшего из стабильных рентгеновских источников. Транзиенты подразделяются на медленные и быстрые. У медленных вспышка длится недели и месяцы, а у быстрых - несколько часов и дней. Медленные источники называют еще рентгеновскими новыми (X-ray Novae). Это маломассивные рентгеновские системы, в которых темп аккреции увеличивается на несколько порядков один раз в 10-50 лет либо из-за неустойчивостей вблизи внешнего края аккреционного диска, либо из-за увеличения темпа истечения со вторичной звезды. Среди рентгеновских новых находится наибольшее количество кандидатов в черные дыры.

Быстрые транзиенты, по-видимому, это нейтронные звезды на орбитах с большим эксцентриситетом вокруг массивных звезд с ветром. Темп аккреции на них сильно увеличивается, когда нйтронная звезда проходит периастр.

Светимости транзиентов в максимуме блеска достигают эрг/с.

Рентгеновское излучение катаклизмических переменных звезд. Катаклизмические переменные звезды (Cataclysmic Variables - CV stars) - это тесные двойные системы, оптическая звезда в которых является красным карликом (реже - красным гигантом), переполняющим свою полость Роша, а главная - белым карликом. В зависимости от величины магнитного поля белого карлика катаклизмические переменные звезды подразделяются на три класса:

1. Поляры - с сильным магнитным полем ( Гс). В этих системах Альвеновский радиус (на котором давление магнитного поля равно динамическому давлению аккрецируемой материи ) сравним с размером полости Роша белого карлика. В этом случае аккреционный диск не образуется, и плазма течет вдоль силовых линий магнитного поля на магнитные полюса белого карлика. Эти системы подобны рентгеновским пульсарам. Механизм излучения в оптической области спектра - циклотронный, поэтому излучение сильно поляризовано (отсюда - поляры). Рентгеновское излучение появляется за счет тормозных процессов в ударной волне над магнитными полюсами и циклотронного излучения электронов в магнитном поле. Рентгеновская светимость их невелика эрг/с (AM Her).

2. Промежуточные поляры (или типа DQ Her). Магнитное поле их более слабое ( Гс), и Альвеновский радиус в несколько раз меньше полости Роша. В этом случае аккреционный диск образуется и простирается до радиуса Альвена, где он разрушается и далее картина течения подобна полярам.

3. Новоподобные и карликовые новые звезды. Магнитное поле белого карлика в этих системах не оказывает влияния на течение вещества, и аккреционный диск простирается до поверхности белого карлика. Рентгеновское излучение образуется в пограничном слое между аккреционным диском и поверхностью белого карлика, где скорость вращения вещества уменьшается от кеплеровской в диске до скорости вращения белого карлика ( эрг/с). При высоком темпе аккреции ( M/год) процесс аккреции стационарен, и такие системы называются новоподобными. Накапливающееся на белом карлике богатое водородом вещество способно взрываться (из-за термоядерных реакций) с периодом лет, порождая феномен Новых и повторных Новых звезд (аналог барстеров). При меньшем темпе аккреции ( M/год) процесс аккреции нестационарен из-за неустойчивости вблизи внешнего края аккреционного диска, что приводит к феномену карликовых новых - увеличению блеска на несколько звездных величин раз в несколько десятков дней (аналог рентгеновских новых).

Сверхмягкие рентгеновские источники - SuperSoft X-ray Sources (SSS). Эти рентгеновские источники были исследованы в начале 90-х годов спутником "ROSAT". Они имеют очень мягкие спектры (90% фотонов имеют энергии меньше 0.5 кэВ) и высокие светимости эрг/с. (рис.9) Эти источники были интерпретированы как тесные двойные системы с белым карликом и вторичной звездой спектрального класса F, переполняющей свою полость Роша. Темп аккреции в этих системах настолько высок ( M/год), что на поверхности белого карлика осуществляется стационарное термоядерное горение водорода. Источником рентгеновского излучения, таким образом, является горячий ( К) белый карлик.

---

<< 3. Механизмы генерации излучения | Оглавление | 5. Формирование рентгеновских спектров >>

Публикации с ключевыми словами: рентгеновское излучение - космические обсерватории - детекторы излучения - рентгеновские источники Публикации со словами: рентгеновское излучение - космические обсерватории - детекторы излучения - рентгеновские источники
См. также: Туманность Орла и горячие рентгеновские звезды 2MASS J17554042+6551277 Телескоп JWST на пути к точке L2 Космический телескоп "Джеймс Вебб" над Землей Неожиданное рентгеновское излучение из скопления галактик в Персее Космический телескоп им. Джеймса Вебба: призраки и зеркала Высокоэнергичное излучение Андромеды Все публикации на ту же тему >>