Введение к работе
Актуальность 'гемы
Диссертация посвящена теоретическому исследованию гидродиламичо-сннх процессов, происходящих на динамических стадиях озюпюциц озеод.
Клж иопестно, в течение основного времени своего существования любая опеода находится в состоянии гидростатического равновесия. В то ие время, наиболее всеобъемлющие качественные иоменення овео-ды яик объекта в целом (в топ числе, само обраоование и раоруїиеике огияд) происхо^т па таких стадиях опеодной оволгоцин, насыпаемых обычно динамическими, который свяоаны с потерей овсодой или оэетд-гюй системой гидростатического равновесия и, осшны&а имчтокно малое прсма ко сравнению с равновесными стадиями, могут приводить иан-Сопее ярким проявлением ивсоды saj объекта наблюдение. В фкоизе одиночных овеод основьые процесс?л, определяющие ход динамических стадий овошоціш, — ото гравитационный коллапс, порыв оаеодкого ддр&, а также распространение ударных волн (УВ), вооннкающих з яоде отих процессов. D случае кратных овеод и при воашдодейстзки с иеко&еодиоЗ средой существенной ыоиет быть таьззе аккреция.
Согласно современным представленим, овеоды обрадуются в реоуль-тате гравитационного колп&лса фрагментоа гаос-пылевых обп&вов — протоовеод. Эволюция самых массивных овеод (Af > 8-4-10 MG) оааая-чінзается также гравитационный коллапсом; в овеодах с несаояьшэ меньшей ц&ссой (М > 3-гО Л/0) происходит термоядерный ворыз угаеродко-кислородного ядра, который в ряде случаев тоже сопровождается ксля&-псоы. Как слііцует ио алалмоа многих численных расчетов, в ходе сферически-симметричного гравитационного коллапса как протоовеод, так и прооволюционировазигия овсодных а дер. можііо выделить несколько опопных оталов: (I) падение вещества с объемными потервші онергнм в условиях проорачности материи, (II) наступление испроор&чности а центре и обраоование расходящейся ударной волны, (Ш) инициация
Еопдалса на центра вследствие нарушения гидростатической устойчивости овеодного ядра. Первые два отапа свяоаны причинно н осуществляются последовательно во времени; отаи, обооначенний одесь »ак (HI), является в оначителыюй мере неоависимьш и может, вообще говорі, происходить раньше, пооже или одновременно с (I) и (II).
Характерный в&нсршениеи н коллапса, и ворыва прошюлюциониро-вавшего ивсидіїого ядра является обрызопание ударной волны, которая, распространяясь наружу, может выоывать сброс оболочки овеоды и вспышку сверхновой. Собственно, моыент выхода У В на поверхность овеоды — dto и ест», начало вспышки: именно в оти мгновения происходит высвечивание тепловой оперши, накопленной в ударной фронте, а формирование острого пияа светимости на кривой блеска сверхновой.
Все ин&чмыые проявления компактных центральных остатков (нейтронных овеод или черных дыр), образующихся в результате овеодного коллапса (или варива), могут быть свяоаны, главный обраооы, с аккрецией на них окружающего вещества — начиная с аккреции части выброшенной при выходе УВ оболочки. Так, наиболее яркие источники рентгеновского и 7~ нал учения обычно свяоывают с нейтронными овео-дами, аккрецирующими вещество в двойной системе или на межовеоднон среды. Аккреция в двойных системах обеспечивает также один ио наиболее важных мехаыиомо» ворывных процессов в онеодах: аккреция ил углеродно кислородный белый карлик при достаточно малых темпах аккреции может приводить к вспышкам новых и сверхновых овеод.
Перечисленные нестацонарные процессы, определяющие ход динамических стадий овопюции овеод: коллапс, распространение ударной волны в ивооде, аккреция, — являются существенно гидродинамическими. Основные данные об етих процессах, имеющиеся в литературе, получены в ршультате численных расчетов, выполненных для конкретных ситуаций с конкретными оначенияыи фиоических параметров. Б то же Бремя, для общего понимания фииичесвои картины явлений весьма по-оеоными окапываются аналитические способы рассмотрения. В работах
[Ij-Jfl] на ослппе автомодельного подхода получены и исследованы отапы гравитационного коллапса, обозначенные выше іав (Ї) и (!!!) (дли ота-пз (II) таяих решений до сих пор не было). Выход ударной волиы на поверхность овеоды и последующее расширение вещества в эажуум в автомодельном реяние рассмотрены в работах [7, 3), — однаво, только и приближении плоской геометрии, которое применимо лишь непосредственно пблиои границы опсоды. Аналитические (автомодельные) решетя для сферически-симметричной нестационарной аккреции получены d |Э)-[10] тользо для даух частных простейших случаев гядродинаышче-сюго дмшения здали от центра: пибо дл* свободного падения, ппбо горда нг-бегающий аккрецчонныя потоз полностью стационарен; при отом а пк.здой пп отия работ рассматривалось какое-либо одно решенке газ целого спектра всомоаныд решении.
Целью настоящей диссертации являлось аиаяитпчесхое ксеяедояалне осиоаны:: лест&днонарлых процессов, определяющих ход динамических стадии оаолкщии овелд (гравитационного коллапса, выхода удалой волиы на поверхность овеоды, сферичсскн-сяыыетричкоя аііреціїї^, основанное на применении автомодельного подхода s решению уравнений гидродинамики, а именно:
получить и исследовать автомодельное решение для второй ст&двд грагитацігзшюго аолпапса с объемными потерями внергим; на осиезг отих решений рассмотреть особенности процессоэ ноялапса проввояго-ционировави.его овеодного ядра и протоовеоды;
построить аналитическое решение, описывающее рыхэд ударном волны на поверхлость звеоды о последующее расширение вещества в вазуум с учетом сферической геометрии оадачн;
получить и исследовать автомодельные решения пдя сферячесаю-езгм-метричнон нестационарной аккреции в гравитационном яояе постоянной точечной массы для произвольного набегающего sro беезояечностя аккреционного потока (с учетом сил давлення во всем пространстве течения).
Научная вовиона работы
И реоультате выполненных исследований получены аналитические решения, описывающие особенности гидродинамических процессов на динамических стадиях овооднон эволюции, и установлены некоторые общие свойственные отим процессам оакономерности.
1. Впервые аналитически исследована вторая стадия гравитацион
ного коллапса, идущего с объемными потерями онергин; в раинах по
дученного антомоделыюго решения установлено, что в условиях полноч
нроорачиости коллапсирующей материн в центре возникает точечнаг
масса, которая увеличивается со временем о& счет аккреции на нее рас
пределенного в пространстве вещества.
2. Впервые подучено автомодельное решение, описывающее останов- .
ву гравитационного коллапса (в данной случае — вследствие нагтуплеиил
непроорачности в центре) и вооникновенне расходящейся ударной воины
в процессе гравитационного коллапса (тем самым аналитически описан етап гравитационного коллапса, обозначенный выше кав (II)).
3. Впервые построено решение, позволяющее описать выход ударней
водны на поверхность овеоды и последующее расширение вещества в
вавуум с учетом сферической геометрии «задачи;
при втои впервые удалось с помощью простых пол.уаналиткчеоких Методов описать всю гидродинамику отого процесса вглоть до стадии свободного раолета овеидной оболочки.
4. Ппервые получены автомодельные решения, описывающие неста
ционарную сферически-симметричную аккрецию в гравитационном поле
постоянной точечной ыассы с учетом сил давления во всем пространстве
течения и при проиовольиом характере набегающего аккреционного по
тока;
впервые покапано, что в случае вооникновеиия при аккреции расхо-дящейск ударной волны для любого садалного набегающего потока существует непрерывный спектр возможных решений с раоличными автомодельными положениями ударного фронта;
при этом впервые получено выделенное автомодельное репзенне, которое опксыаает попкую остакоаху акірецкоішого течезіяя а окрестности центр» и достижеіше в этой области состоанда гидростатического раїшовесніг.
Научная я практическая оепчимость работы
В работе получены попуаналитичесхие решения, описывающие некоторые но важнейших гидродинамических процессов з оаездах: гравитационный коллапс, выход ударной воины на поверхность овезды с последующий раогат озеодной оболочки, нестационарную ахЕрецкга.
Приведенное пспуаналптячесЕое рассмотрение пшвомет лупке попеть прароду поучаемых явлений. Полученные решеняа б соответствующее лн асимптотики якетот о бопышшетез случаев достаточно простоя вид н ыогут применяться для надання режаиа ггщродннаыячесгого дзпиеиня вещества е раихак физически уаюжжяаок постапозхи садачз.
На оащиту выносятся следуюпщо рсоуяьг-атьз аяаігатвческпк рассазотреиип и раечотові
-
автогіодєльпоз решение (автомодельные уравнения н соответствующие аспмптотиіп), описывающее вторую старшо гразнтацконного еод-папса, идущего с объемными потерям енергии в условиях прсорачкостЕ вещества; рсоуль гаты расчетов отого решения дня случаев коляапса нро-юопзециопировявшаго езшдвого ядра и їсязгапса протсовбзды;
-
автомодельное решение дож Еоляапса, .тачавшегося в усковжяж объ» єгпінх потерь анергзга, описывающее наступление непрозрачности з з-рестпостн центра, ост&ноагу гозлапса. и образование расяодзщейся ударной волны; результаты расчетов єтого рииелия дм случаез поэшааса прооэолюцЕоззяров.и2и:его озеадпого ядра и шшіапса протсавззды;
-
полуаналитдчесгое решение садачн о выходе удариш вшин на поверхность овеодм я о носяедугащзш расширении веществе ш вакуум, учитывающее сферачяоеть геометрит; в нзрвоза шрздве щ&даж грашищ
сійоді;; розупьгьты расчетов втого решения для случая ч~4/о n = 3 (7 — показатель _, -'вбаты, п —- периферический показатель политропы). 4) ьвтомоді. ^ьыые реигеїшл, опнсызакяцие нестационарную сфери-чесіи-СЕішетріїгг:?ув аікредшо а гравитационной полз постоянной то-чзвдой массы с учітои екп давьежш во всем пространстве течения; ре-оупьт&ты расчогоа етнх решений.
Анробідня результатов. Основные результаты диссертация опуб.тсг.очаны в 5 работах и двух препринтах ИТЭФ в долпадыва-аксь на Международной школа LEWF90 (Law Energy Weak Interactions) '- Дубна, 1990, IV Всероссийской совещании по Сверхновым и остаткам Сеерхновкя (Пущине, 1992), общеииститутссои теоретическом семинаре ІІЗМЇЇРАН, астрофиокческом семинаре ИТЭФ.
Структура н объам диссертации. Диссертация са-єїонт не введения, четырех глав и оа&шочеиия; содержит 61 страниц ссііовного теасть к крома того, 31 рисунок (18 страниц), 1 таблицу и сіасог янтературы но 60 ланыеноиашш.