Некоторые вопросы теории излучения компактных астрономических объектов

• Автор: Баушев, Антон Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 64 с. : ил

Оглавление
1 Введение.
1.1 Общая характеристика работы
1.1.1 Актуальность проблемы
1.1.2 Основные результаты
1.1.3 Научная новизна
1.1.4 Практическая ценность работы
1.1.5 Публикации
1.1.6 Апробация результатов работы
1.1.7 Структура и объем диссертации
1.2 Некоторые предварительные замечания и обзор литературы.
2 Циклотронные особенности в спектрах рентгеновских пульсаров.
2.1 Введение
2.2 Спектр излучения системы электронов в сопутствующей системе
отсчета
2.3 Расчет наблюдаемого спектра циклотронной особенности
2.4 Обсуждение
2.5 Заключение
3 Излучение нейтрино при коллапсе сверхмассивной звезды.
3.1 Постановка задачи
3.2 Расчет спектра излучения в сопутствующей системе отсчета.
3.3 Расчет спектра излучения в сопутствующей системе отсчета.
3.4 Распространение нейтрино от звезды к наблюдателю
3.5 Применение модели для расчета коллапса реальной звезды
3.6 Заключение

Глава
Введение.
1.1 Общая характеристика работы.
1.1.1 Актуальность проблемы.
Циклотронная линия в спектре рентгеновского пульсара была впервые обнаружена у объекта Her Х-1 в 1977 году ([6]). В последнее время появились сообщения о наблюдениях старших циклотронных гармоник в спектрах нескольких рентгеновских пульсаров в двойных системах (4U0115+63 ([35]); Vela Х-1 ([36]); 4U1907+09 ([38], [39]); A0535+2G ([40])). Две циклотронные гармоники наблюдались также у источника 1Е 2259+586 ([41]), однако природа этого объекта не до конца ясна, и здесь он обсуждаться не будет. В спектре 4U0115+63 наблюдаются как минимум три гармоники ([42], [43]). Для этого источника наличие старших циклотронных гармоник, по-видимому, надежно установлено. Для остальных объектов ситуация менее определенна, т.к. у них наблюдается лишь слабая вторая гармоника. Однако даже эти первые наблюдения очень интересны, т.к. они, возможно, позволят разрешить многие проблемы теории излучения рентгеновских пульсаров. В данной работе рассматриваются физические условия, при которых в спектре пульсаров формируются высшие циклотронные гармоники. Оказывается, что для таких источников можно довольно легко снять целый ряд вопросов строения излучающей области, которые до сих пор оставались довольно туманными. Ограничимся здесь лишь их перечислением; они будут подробно рассмотрены в обсуждении.
Во-первых, для многих рентгеновских пульсаров до сих пор открыт вопрос о том, являются ли циклотронные особенности в их спектре линиями поглощения или излучения. Как будет показано ниже, как минимум у одного из четырех вышеназванных источников (конечно, если в их спектрах действительно присутствуют гармоники высших порядков) линии являются, скорее всего, эмис-

СП0Ш1ЫМИ.
Во-вторых, не до конца ясно также, какое распределение но скоростям имеют электроны, излучающие циклотронную линию. Можно, по-видимому, утверждать, что движение электронов поперек поля является относительно медленным, слаборелятивпстским (или вообще нерелятивистским). В противном случае циклотронная линия имел бы характерны« синхротронний вид, т.е. содержала бы множество гармоник, вместе образующих квазинепрерывный спектр. В действительности видна, как правило, только одна, основная гармоника (исключения перечислены выше, но и у этих источников скорости поперечного движения невелики). Не так ясен вопрос о скорости движения электронов вдоль поля. Обычно считается, что она также невелика, т.е. заметно меньше с. Вполне возможно, однако, что распределение электронов по скоростям сильно анизотропно, так. что поперек магнитного поля их скорость является слаборзлятп-вистской, а вдоль — ультрарелятивнстской. В статье ([1]) был проанализирован спектр рентгеновского пульсара Her Х-1, и было показано, что есть достаточно оснований предполагать, что электроны, формирующие циклотронную линию в его спектре, являются ультрарелятивистскими с очень анизотропным распределением, таким, что их движение вдоль магнитного поля является уль-трарелятивистским, а поперек — практически нерелятивистским. Однако, если наблюдается только одна циклотронная гармоника (как у Her Х-1), исчерпывающая проверка этого предположения только на основании анализа спектра, по-видимому, невозможна, и требует привлечения дополнительных соображений (анализ зависимости спектра от фазы пульсара и.т.д.). Совсем иная ситуация возникает, если наблюдаются несколько гармоник. Как показано в данной работе, в этом случае циклотронное излучение ультрарелятивистских анизотропных электронов имеет очень специфический вид. В частности, гармоники разных порядков становятся неэквидистантными. Это позволяет по спектру линии однозначно определить, является ли движение излучающих электронов вдоль поля ультрарелятивистским, или нет.
Задача о нейтринном импульсе, возникающем при сферически симметричном коллапсе сверхмассивной звезды в черную дыру, неоднократно рассматривалась в научной литературе, однако, несмотря на обилие публикаций, ее нельзя назвать полностью решенной. Как правило, в литературе рассматриваются либо очень простые модели этого явления, позволяющие, однако, провести решение точно (как в ([44])), либо весьма детальные модели, но при этом используются некоторые приближенные методы расчета, или пренебрегается некоторыми физически важными эффектами. Например, в ([50]) распростра-

Глава
Излучение нейтрино при коллапсе сверхмассивной звезды.
3.1 Постановка задачи.
Как уже отмечалось во Введении, задача о нейтринном импульсе, возникающем при сферически симметричном коллапсе сверхмассивной звезды в черную дыру, неоднократно рассматривалась в научной литературе, однако, несмотря на обилие публикаций, ее нельзя назвать полностью решенной. Как правило, в литературе рассматриваются либо очень простые модели этого явления, позволяющие, однако, провести решение точно (как в ([44])), либо весьма детальные модели, но при этом используются некоторые приближенные методы расчета, или пренебрегается некоторыми физически важными эффектами. Например, в ([50]) распространение нейтрино считается мгновенным, а влияние гравитационных сил на этот процесс не учитывается. Подобный подход нельзя нгзвать физически оправданным. При коллапсе сверхмассивной звезды температура вещества монотонно растет по мере коллапса; соответственно растет и светимость вещества в сопутствующей системе отсчета, достигая наибольших значений на последних стадиях коллапса. Спадание интенсивности излучения в конце коллапса обусловлено исключительно влиянием гравитационных явлений: красного смещения и гравитационного замедления времени. Таким образом, форма кривой блеска определяется противоборством двух конкурирующих процессов:
увеличения блеска звезды вследствие ее нагрева и уменьшения блеска вслед-

ствие гравитационных эффектов. Кроме того, характерное время коллапса —

сравнимо со временем, затрачиваемым нейтрино на прохождение радиуса звезды. В таких условиях пренебрежение гравитационными эффектами и временем распространения нейтрино совершенно неоправдано. В работе ([48]) рассматри-