Теория тяготения и эволюция звезд - Зельдович Я.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Другая альтернативная возможность состоит в том, что по мере охлаждения основная масса, не отдавая момент и сжимаясь, будет приобретать все более сплюснутую форму. Вследствие неустойчивости такой формы звезда распадается на две или больше частей. Если таких частей много, то система эволюционирует как звездная система на поздних стадиях эволюции. Эволюция сопровождается столкновением сгустков, выбросами (испарением) отдельных тел из системы и приводит в конце концов (возможность выделения ядерной энергии пока не рассматриваем) либо к коллапсу всей системы, либо к образованию двух оставшихся тел, обращающихся около общего центра масс.
При наличии двух тел движение устойчиво. Оно может сопровождаться истечением вещества из оболочек, но мы подчеркивали, что все вещество рассеяться не может. На этом этапе обращения двух близких или даже почти слившихся масс существенном становится излучение гравитационных волн. За счет этого излучения теряется энергия и момент, звезды сближаются (см. гл. 1). Поделив запас гравитационной энергии <?грав = — Gm1Tn2Iir на мощность гравитационного излучения d$!dt § 9] ПОМЕШАЕТ ЛИ БЫСТРОЕ ВРАЩЕНИЕ КОЛЛАПСУ ЗВЕЗДЫ? 393
получаем характерное время эволюции системы:
т= = Tr-Ti^) [rg2(i + rgJrg)]' (11-9-4)
Здесь Tg1 и rg2 — гравитационные радиусы масс. Множитель в прямых скобках для одинаковых масс равен 1/2; для rgl rg2 этот множитель ^rgJrg2. Из формулы (11.9.4) следует, что для JU1 =z т2 ж M(T) при первоначальном расстоянии г ^ I0brg время эволюции составляет величину порядка IO7 лет.
Потеряв момент при гравитационном излучении, массы должны слиться и (если не помешают ядерные реакции, индуцируемые в этом процессе) сколлапсировать; см. Чиу (1964).
Итак, вывод из сказанного следующий. Если вещество вращающейся звезды, заканчивающей эволюцию, в основной массе инертно по отношению к ядерным реакциям, т. е. если на предшествующих стадиях нуклеосинтез привел к превращению всех элементов в элементы группы железа, то конечным этапом эволюции и при наличии .быстрого вращения будет застывшая звезда.
К тому же финалу придет процесс, если ядерные реакции в веществе хотя и возможны, но протекают с гораздо меньшей скоростью, чем скорость гидродинамических явлений, скажем, при столкновении отдельных сгустков распавшейся массивной звезды. О возможном характере коллапса см. обзор Руффини и Уилера (1970).
В ходе эволюции вращающегося тела возможно образование сильно сплюснутого объекта — релятивистского вращающегося диска (Бардин, Вагонер, 1970, 1971) с энергией связи до — 40% от тс2. Эта огромная энергия связи соответствует большой энергии связи (Д2? = 42% тс2) частицы, движущейся по ближайшей круговой орбите в поле метрики Керра с максимальным возможным моментом сколлапсировавшего тела (см. § 3 гл. 4).
Образование релятивистских дисков и их эволюция только начинают исследоваться. СЙальпетер (1971) подробно анализирует вопрос применительно к массам порядка 10W© (квазары, ядра галактик). См. об этом нашу книгу «Строение и эволюция Вселенной». ГЛАВА 12
АККРЕЦИЯ ГАЗА НА РЕЛЯТИВИСТСКИЕ ОБЪЕКТЫ*)
§ 1. Газ, подвергающийся аккреции
Звезды в галактиках всегда окружены межзвездным газом и пылью. На определенных стадиях эволюции, либо при катастрофических взрывах звезды выбрасывают вещество.
Наряду с этим в состав Галактики может входить и вещество, никогда не входившее в состав какой-либо звезды. Это вещество пришло в современное газообразное состояние в ходе космологического расширения первоначального почти однородного вещества, имевшего в прошлом большую плотность, согласно космологическому решению Фридмана.
Таковы источники межзвездного вещества в Галактике. Наблюдения показывают, что в спиральных рукавах нашей Галактики средняя плотность межзвездного газа порядка IO"21 г!см*\ в ядре Галактики она может быть значительно больше.
При количественных оценках надо иметь в виду, что нейтронные и застывшие звезды могут быть окружены газом значительно большей плотности, чем средняя межзвездная плотность: само образование этих звезд связано с катастрофическими явлениями, при которых часть массы могла быть сорвана с поверхности и образовала облако газа вокруг звезды. Выделение энергии при аккреции в свою очередь влияет на сам процесс за счет взаимодействия встречного светового потока с падающим веществом, т. е., по существу, за счет светового давления, и за счет потоков быстрых частиц, выбрасываемых звездой. Роль последних особенно велика.
Методически задачи аккреции можно рассматривать в двух предельных случаях: как движение отдельных частиц (атомов, молекул, пылинок) либо как движение сплошной среды **). Оче-
*) Глава 12 написана совместно с В. Ф. Шварцманом.
**) Любопытное новое явление рассчитано А. Г. Дорошкевичем (1965): в релятивистском случае гравитационное поле вращающегося тела, как мы видели (см. § 3 гл. 4), отличается в ОТО от поля покоящегося тела равной §1]
ГАЗ, ПОДВЕРГАЮЩИЙСЯ АККРЕЦИЙ
395
видно, выбор приближения зависит от длины свободного пробега частиц. Очень существенными могут быть также магнитные поля. Влияние общего магнитного поля звезды на аккрецию будет рассмотрено в следующих параграфах, посвященных электромагнитным явлениям.
