Теория тяготения и эволюция звезд - Зельдович Я.Б.
Скачать (прямая ссылка):
При аккреции газа на нейтронную звезду рентгеновское (ультрафиолетовое) излучение горячих электронов должно сопровождаться гамма-излучением вследствие прямых ядерных соударений. Такие соударения приводят к возбуждениям ядер (с последующей эмиссией у-квантов), к выбиванию нейтронов (с последующим п — y-захватом) и к генерации я0- и я+-мезонов, которые тут же распадаются: я9 2у; -»- е+, е+ + е" -»¦ 2у *). Кроме того, температуры в тонком слое столь высоки, что эффективно идут термоядерные реакции, и возникающие гамма-кванты свободно покидают звезду.
Согласно вычислениям Шварцмана (1970Ь) в зависимости от гравитационного потенциала на поверхности нейтронной звезды
*) Большая часть позитронов избегает аннигиляции и ускоряется в электростатическом поле; см. § 10. § 6]
симметричная аккреция
407
гамма-светимость составляет (10~3—IO"5) ее интегральной светимости. По-видимому, в ближайшем будущем можно будет мерить соответствующие потоки и даже определить спектр у-квантов. Привлекающим обстоятельством является тот факт, что из красного смещения y-линий (возникающих, например, в ходе п + р —> D + + у) можно непосредственно определять гравитационный потенциал на поверхности нейтронных звезд.
Регистрация спектра у-квантов помогла бы отличить электромагнитное ускорение частиц (того типа, которое имеет место у пульсаров) от гравитационного ускорения, обусловленного аккрецией. G другой стороны, она помогла бы отличить аккрецию на нейтронные звезды от аккреции на белые карлики.
В заключение параграфа мы хотим подчеркнуть, что исследование физических процессов при аккреции на нейтронные звезды пока далеко от завершения и изложенное выше является лишь предварительным рассмотрением.
Картина аккреции газа застывшей звездой в корне отличается от рассмотренной выше. Движение газа отражает связанные с ОТО известные особенности движения частицы в шварцшильдов-ском поле тяготения. В системе координат, сопутствующей падающему веществу, частицы доходят до rg за конечное время, момент перехода через rg никак не выделен. Если за рассматриваемой частицей следует другая, и расстояние между ними где-то вдали от rg было конечно, то оно останется конечным и в момент пересечения rg. Для потока частиц, т. е. для газа, отсюда следует вывод: плотность в системе, движущейся с газом, остается конечной.
г2
тт С CloO і
По порядку величины плотность равна pm = P00 —---. Выра-
rI С
жая рт через Ci00, получим
При Ci00 = 10 км!сек, poo = 10~24 г!см3 найдем рт — 3-Ю""11 г/см3. G точки зрения покоящегося наблюдателя, находящегося вблизи rgy скорость газа тем ближе к скорости света, чем ближе точка наблюдения к rg. Плотность числа частиц и поток частиц образуют четыре-вектор. При лоренц-преобразовании от системы, движущейся с газом, к покоящейся системе, плотность газа, измеренная в покоящейся системе, неограниченно растет при приближении к rg: р = poo (1 — rglr)~xl* (точнее, так растет плотность массы покоя или плотность как число частиц в единице объема). Наконец, с точки зрения далекого наблюдателя частица только асимптотически приближается к за бесконечное время.
§ 6. Симметричная аккреция в гравитационном поле застывших звезд 408
аккреция газа на релятивистские объекты
[ГЛ. 12
Далекий наблюдатель, как бы долго он ни наблюдал за стационарным потоком аккреции на застывшую звезду, считает, что ни одна из частиц, прошедших когда-то давно мимо него, не пересекла rg. Следовательно, все они накапливаются в пространстве, прилегающем к rg. В точном стационарном решении для потока газа общее число частиц, заключенных между двумя сферами, г = R1 и г = R2, расходится, когда нижний предел стремится к гравитационному радиусу R1 rg:
В знаменателе под интегралом стоит г — rg, и интеграл расходится логарифмически. С точки зрения далекого наблюдателя, к стационарному потоку можно только асимптотически приближаться*). Емкость слоя, прилегающего к rg, в стационарном решении бесконечна, и нужно бесконечное время, чтобы его заполнить.
Красное смещение излучения газа, находящегося вблизи rg и движущегося по направлению к звезде, стремится к бесконечности.
При сферически-симметричной аккреции газа в гравитационном поле застывшей звезды далекий наблюдатель не обнаружит заметного выделения энергии. В случае застывшей звезды нет ударной волны, останавливающей падение, в отличие от нейтронной звезды!
Однако, как мы увидим ниже, результат существенно зависит от предположения о точной сферической симметрии и об отсутствии магнитных полей в натягиваемой плазме.
Начнем с рассмотрения невзаимодействующих частиц, обладающих на бесконечности направленной скоростью и движущихся в ньютоновском поле тяготения. Частицы попадают на поверхность радиуса R под разными углами, так что чем ближе момент
V
к максимальному Zmax = R-*—(см. § 2), тем больше угол между
траекторией и нормалью к поверхности **). При этом для потока сохраняется, разумеется, прежнее выражение (12.2.1). Введение конечного сечения о ф О меняет ситуацию. Столкновения
