Лозинская Т.А. Взрывы звезд и звездный ветер в галактиках Изд. стереотип.

Оглавление

Предисловие

Основой книги послужил курс лекций "Сверхновые и звездный ветер в межзвездной среде", читаемый автором студентам 4 и 5 курсов астрономического отделения физического факультета МГУ. Еще одна, может быть, главная задача автора – "обновить" вышедшую в 1986 г. монографию "Сверхновые звезды и звездный ветер: взаимодействие с газом Галактики". (Второе дополненное издание книги вышло в США: Lozinskaya T.A. Supernovae and Stellar Wind in the Interstellar Medium. New York: AIP, 1992.)

За истекшие десятилетия астрофизика изменилась кардинально. Новые наблюдательные возможности, связанные прежде всего с запусками космических обсерваторий, открылись во всех диапазонах энергии. Мы просто смотрим теперь на окружающий космос другими глазами, и, соответственно, другой стала обсуждаемая здесь область астрономии.

Исследование сверхновых и звездного ветра примыкает к ведущим направлениям современной астрофизики, таким как изучение внутреннего строения и эволюции звезд, нейтронных звезд и черных дыр, структуры и кинематики межзвездной среды, химического состава вещества в галактиках и в межгалактической среде, происхождения космических лучей, звездообразования, нейтринного и гравитационного излучения.

В этой книге рассматривается лишь один из аспектов широкого круга проблем, связанных со сверхновыми и звездным ветром, – их взаимодействие с окружающим газом в галактиках. Здесь детально анализируется действие звездного ветра и разлет оболочки сверхновой, которые ионизуют, греют и ускоряют окружающий газ, меняют его плотность и химический состав, и это "возмущение" охватывает не только близкие окрестности звезды, но, в конечном счете, определяет состояние газа всей галактики.

Безусловно, в одной книге немыслимо даже очень кратко остановиться на всем многообразии современных исследований в этой области. Тем не менее мы объединили две темы, и дело здесь отнюдь не в пристрастии автора, посвятившего без малого полвека исследованиям выметенных ветром туманностей и остатков вспышек сверхновых. Сегодня ясно, что невозможно адекватно анализировать природу и эволюцию остатка вспышки сверхновой без учета действия ветра звезды-предшественника на окружающий газ.

Все массивные звезды теряют вещество в форме звездного ветра. Под действием ветра за время жизни массивной звезды (t=10⁷ лет) формируется многослойная оболочечная структура окружающего газа размером до 10–50 пк. Жизнь массивной звезды заканчивается взрывом, который мы наблюдаем как вспышку сверхновой. Тот факт, что еще до взрыва звезда оказывается окруженной многослойной оболочкой, существенно определяет эволюцию остатка вспышки сверхновой: выброшенная оболочка разлетается не в квази-однородную межзвездную среду, а в среду, возмущенную действием радиации и ветра звезды-предшественника. Если вспышка сопровождается образованием пульсара, то облако релятивистских частиц, генерируемых пульсаром (так называемый пульсарный ветер), изнутри взаимодействует с расширяющейся оболочкой сверхновой.

Мы рассмотрим здесь процесс взаимодействия звездного ветра с окружающим газом на всех стадиях эволюции звезды до завершающего взрыва и, далее, эволюцию остатка вспышки сверхновой вплоть до его полной диссипации в межзвездной среде.

Рассматриваемая проблема, в принципе, должна была бы быть простой, поскольку теория взаимодействия сверхновых и звездного ветра с межзвездной средой давно и хорошо разработана. Нет принципиальных трудностей в наблюдениях остатков сверхновых и выметенных ветром оболочек. Трудна интерпретация наблюдений, труден ответ на вопрос "что это такое?". Трудно понять, что в действительности мы наблюдаем, когда наблюдаем остаток вспышки сверхновой. Эти трудности обусловлены сложностью и неоднозначностью процесса взаимодействия звезды с окружающей средой, если рассматривать всю историю этого взаимодействия.

Массивные звезды рождаются в гигантских молекулярных облаках (ГМО) в составе ОВ ассоциаций и скоплений и за время жизни не уходят далеко от места рождения. Совместное действие ветра всех массивных звезд и всех взрывов сверхновых образует вокруг родительских ассоциаций сверхоболочку. Расширение сверхоболочки инициирует новую волну звездообразования в остатках молекулярного облака. Это определяет новый подход к проблеме: чтобы понять природу остатка сверхновой или выметенной ветром оболочки, нужно учитывать историю взаимодействия звезд и межзвездной среды на протяженном отрезке пространства и времени. (Мы увидим, что ГМО и зарождающиеся в нем звезды можно рассматривать как аналог замкнутой экологической системы.)

Сегодня ясно, что взрывы звезд и звездный ветер определяют физику газовой среды галактики в целом. Существенны также явления, связанные с крупномасштабным градиентом плотности в диске галактики, – т.н. галактические фонтаны. Это означает, что сверхновые и звездный ветер регулируют корону галактики, т.е. влияют и на межгалактическую среду.

Все сказанное в этой книге базируется на результатах наблюдений остатков сверхновых и выметенных ветром оболочек, а также гигантских сверхоболочек, образованных коллективным действием ветра многих звезд и многих взрывов сверхновых и определяющих структуру газовой среды галактик. Сегодня такие наблюдения проводятся очень интенсивно во всех диапазонах энергии, от радио- до гамма-излучения.

Автор благодарит первых читателей рукописи – А.Д.Чернина, С.И.Блинникова, Д.Ю.Цветкова – за полезные замечания.

Заключение

В книге затронут широкий круг проблем, связанных с взаимодействием сверхновых и звездного ветра с газовой средой галактик. Это с неизбежностью привело к тому, что ряд вопросов лишь упомянут или освещен очень кратко. Наблюдательные и теоретические исследования всех обсуждаемых здесь проблем идут в ускоренном темпе, в результате мы все глубже проникаем в сложность и многообразие процессов этого взаимодействия и все яснее осознаем, насколько мы далеки от полного их понимания.

Первое издание нашей книги (Лозинская, 1986) заканчивалось словами: "Поставив точку, автор готов был начать новый вариант рукописи, отражающий последние, а потом – самые последние достижения экспериментальных и теоретических исследований по затронутым здесь вопросам. Невозможность поспеть за лавиной новых результатов – неизбежная ситуация в этой быстро развивающейся области астрономии, но она и внушает надежды, и делает нашу науку столь завораживающе интересной".

Сегодня, в век Интернета, автору труднее всего было поставить точку. Каждые несколько дней в ARXIV:ASTRO-PH/recent submission находилось что-нибудь важное или интересное, что хотелось бы добавить. Так что затронутая здесь область современной астрофизики становится еще более "завораживающе интересной" и останется таковой для будущих поколений астрономов.

Об авторе