Теория тяготения и эволюция звезд - Зельдович Я.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица приводится для удобства справок; теория нейтронных звезд изложена выше, в гл. 10 и 11. ГЛАВА 14
КОЛЛАПСИРОВАВШИЕ ЗВЕЗДЫ И «БЕЛЫЕ ДЫРЫ»
(ОТОНЫ)
§ 1. Коллапсировавшие звезды в двойных системах
Начнем с задач и терминологии. В данной, последней, главе рассматриваются астрофизические аспекты релятивистского коллапса. Основная направленность изложения связана с практической возможностью обнаружения коллапса и тел, возникающих в результате такого коллапса. Эти тела называются по-разному: застывшие звезды, коллапсары, черные дыры. Наряду с телами, образующимися в конце эволюции звезд, можно представить себе тела космологического происхождения, оставшиеся в наследство от сингулярной стадии эволюции Вселенной. Их свойства могут быть такими же, как и свойства коллапсаров (черные дыры), но в принципе возможны и такие тела, которые с самого начала находятся под своим гравитационным радиусом и с течением времени взорвутся — «белые дыры» [Новиков (1964 b), Нееман (1965)].
Предлагается термин «отоны», произведенный от сокращения «ОТО», общая теория относительности,— в качестве видового наименования, объединяющего все разновидности тел с релятивистским полем тяготения, находящихся внутри так называемого «горизонта» или асимптотически приближающихся к нему. Фундаментальная теория таких тел изложена выше, впрочем, некоторые необходимые дополнения даются в § 2 и 5 данной главы.
В самой краткой формулировке все внешние проявления ото-на сводятся к его гравитационному полю. Гравитациоиное поле, т. е. изменение метрики, включает также и вклад вращательного момента отона, однако на большом расстоянии поле, зависящее от массы, убывает медленнее*). Таким-образом, задача сузилась до задачи обнаружения статического поля тяготения невидимой массы, за которым должно следовать доказательство того, что эта масса является отоном.
*) В принципе есть еще и электростатическое поле, зависящее от общего заряда отона (см. § 10 гл. 12). 442 коллапсировавшие звезды и белые дыры (отоны) [гл. 14
Гусейнов и Зельдович (1965е, 1966) предложили искать отоны в составе двойных звезд*). При этом масса отона, очевидно, обнаруживается по его возмущающему действию на движение второй светящейся видимой звезды.
В самом простом, идеализированном случае отон никак больше себя не проявляет; он не светится; его размеры и радиус, на котором происходит сильное гравитационное отклонение лучей, слишком малы, чтобы быть замеченными. Напомним элементарные сведения из теории двойных звезд. Двойные звезды делятся на визуально-двойные, затменно-двойные и спектрально-двойные. В последнем случае факт двойственности устанавливается по периодическому доплеровскому смещению спектральных линий. Часто в спектре видны линии только одной звезды — наиболее яркой, линии второй невидимы потому, что они «тонут» в свете более яркой компоненты. Таким образом, известна лишь проекция скорости яркой звезды на луч, направленный к наблюдателю. В этом случае оказывается, что из наблюдений можно найти одну только величину, характеризующую массы звезд, а именно,'так называемую «функцию масс»
Ml sin3 і
FM =_-_
ш (M1M2)2 '
где і есть угол между нормалью к плоскости орбиты и лучом зрения. Предположим, что масса видимой звезды известна; простейший случай представляется, когда спектр звезды позволяет идентифицировать ее принадлежность к главной последовательности. В этом случае спектральный класс однозначно связан с массой. Если известен параллакс звезды, а значит, и ее расстояние от Солнечной системы, то можно найти абсолютную светимость, что позволяет проверить и уточнить массу.
Зная массу первой звезды M1 и FM, можно найти массу второй компоненты M2; в расчет входит sin і. Задаваясь sin і = 1,
2
получаем минимальное значение M2. При среднем sin2 і = -у
получаемМ2, в среднем в 1,5 раза больше минимального.
Если оказывается, что M2 превышает 2М®, а излучение от M2 не видно, и при этом причиной невидимости не является присутствие более яркой соседней звезды, рядом с которой трудно различить слабосветящуюся, то предполагается заподозрить, что невидимым телом может быть отон.
Привлечение «невидимости» в качестве аргумента звучит комически, подобно диссертации «Отсутствие телеграфных столбов и проволоки в археологических раскопках как доказательство
*) Раньше вопрос об отоках в двойдых зрездау был поставлен 1963 г, Фаулером и Хойлом, § і] коллапсировавшие звезды b двойных системах 443
древней радиосвязи». Однако в действительности телу с данной большой массой не так легко остаться невидимым. Светимость такого тела на главной последовательности известна, в ходе дальнейшей эволюции светимость только увеличивается (гиганты). Для массы M <1,2 М© превращение в белый карлик и для M < 2Ж© — в нейтронную звезду уменьшает светимость, но условие M > 2М© как раз и выбрано, чтобы исключить тривиальное решение.
Вслед за работой Гусейнова и Зельдовича (1965, 1966) Тримбл и Торн (1969) предложили также другие кандидаты.
Недавно Камерон (1971) выдвинул предположение о том, что затменная двойная звезда е Aur содержит в своем составе отон, окруженный диском из твердых частиц, размером порядка нескольких миллиметров. Наконец, в работе Гусейнова и Новрузовой (1971) предложен еще один кандидат среди двойных звезд, отличающийся близостью к Солнечной системе (расстояние 20 пс).
