• Nie Znaleziono Wyników

FIZYKA CIASNYCH UKŁADÓW PODWODNYCH

W dokumencie Postępy Astronomii nr 2/1984 (Stron 56-60)

Ponieważ układ pulsara PSR 1913+16 stanowił na pewnym etapie ewolucji ciasny układ podwójny (a w pewnym sensie nadal nim jest), rozdział ten poświęcimy krótkiemu omówieniu takich właśnie ukła­ dów.

Ciasnym układem podwójnym nazywamy taki układ (gwiazdę podwój­ ną), w którym przynajmniej jeden z jego składników rozszerzając się w trakcie swojej ewolucji wypełni własną sferę Roche' a, w na­ stępstwie czego rozpoczyna się wymiana mas pomiędzy gwiazdami (przez wewnętrzny punkt libracyjny L^). Wypływa stąd ważny wnio­ sek, że ciasne układy podwójne odróżnia od gwiazd pojedynczych oraz od szerokich par (gwiazd wizualnie podwójnych) przebieg ewo­ lucji, poczynając od momentu odejścia gwiazdy od ciągu głównego.

Szczególne zainteresowanie ciasnymi układami nastąpiło wtedy, kiedy po odkryciu W a l k e r a (1954), że Nova Her (1934) = DQ Her jest układem zaćmieniowym, wysunięto hipotezę, iż zjawisko No­ wej powstaje właśnie w takim układzie, przy spełnieniu oczywiście dodatkowych warunków co do mas składników gwiazdy podwójnej. W 1955 r. K o p a 1 zaproponował podział ciasnych układów

pod-Pulsar PSR 1913+16 159 wójnych na trzy grupy: układy rozdzielone (żaden składnik nie wy­ pełnia sobą sfery Roche' a), półrozdzielone (jeden ze składników wy­ pełnia swoją sferę Roche'a) i zwarte (w kontakcie; oba składniki wypełniają swoje sfery Roche'a). Klasyfikacja ta, wykorzystująca fizyczne i geometryczne cechy układu podwójnego, zastąpiła wcześ­ niejszą, posługującą się morfologicznymi charakterystykami gwiaz­ dy podwójnej o nierozróżnialnych składnikach. Mamy tu na myśli przede wszystkim gwiazdy zmienne zaćmieniowe (z ich klasycznym po­ działem na zmienne typu Algola, (3 Lyrae i W Ursae Maioris), a tak­ że większość gwiazd spektroskopowo podwójnych ( D w o r a k 1983) oraz tzw. zmienne elipsoidalne - układy spektroskopowo podwójne, dla których zmiana blasku zachodzi nie z powodu zaćmienia jednego składnika przez drugi, lecz na skutek zmian przekroju powierzchni składnika (lub składników) mającego (mających) elipsoidalny kształt.

Podana przez K o p a ł a (1955, 1959) klasyfikacja ciasnych układów podwójnych pozwoliła więc uwzględnić nie tylko zmienne za­ ćmieniowe, lecz również gwiazdy spektroskopowe podwójne, a w pew­ nych przypadkach - gwiazdy astrometrycznie podwójne, czy nawet wi­ zualnie podwójne ( B i n n e n d i j k 1960).

W miarę postępu prac obserwacyjnych i teoretycznych okazało się, iż fizyczną zmienność wielu różnych typów gwiazd da się nie- sprzecznie wyjaśnić ich podwójnością. W szczególności (oprócz No­ wych) składnikami ciasnych układów podwójnych są: nowe powrotne, nowo podobne, gwiazdy typu U Geminorum, gwiazdy symbiotyczne, gwia­ zdy typu Am (zob. np. K r a f t 1963). Oest wysoce prawdopodob­ ne, że zjawisko supernowej powstaje również w ciasnym układzie po­ dwójnym, co zostanie omówione w dalszej części pracy.

Spośród ciasnych układów podwójnych nadal wiele uwagi poświę­ ca się gwiazdom zmiennym zaćmieniowym. Powodem tego jest wyjątko­ wa dokładność, z jaką można wyznaczyć okres zmian jasności. Sięga ona co najmniej A P / P = i o “8 gdzie P jest okresem zmian jasności. Ze względu na wysoką dokładność wyznaczania tego parametru, jego zmiany w czasie - czyli dP/dt - mogą służyć jako swoisty wskaźnik zmian zachodzących w układzie zaćmieniowym.

Zmiany okresu mogą być wywołane różnymi przyczynami, które sprowadzają się jednak do trzech zasadniczych grup (K r e i n e r 1978) :

160 T. Z. Dworak, A. Kułak

1. Przyczyny niezależne od ciasnego układu podwójnego, i nie zwięzane z nim. Do chwili obecnej postawiono zaledwie jedną hipo­ tezę o zewnętrznych przyczynach obserwowanych zmian jasności przyspieszenie Słońca w je-go ruchu w Galaktyce pod wpływem bliżej nie znanych mas ( K o r d y l e w s k i 1964) powodowałoby wydłu­ żanie lub skracanie się okresów gwiazd zmiennych. Szczegółowe roz­ ważenie tego problemu zostało przeprowadzone w pracy K r e i n e- r a (1971).

2. Przyczyny pozorne. Zmianie ulega obserwowany okres P, nato­ miast okres ruchu orbitalnego P^ Jest stały. Powody takich zmian obserwowanego okresu sę zwię za ne z samym układem zaćmieniowym albo z jego najbliższym otoczeniem. Do najważniejszych przyczyn pozor­ nych zmian okresu należę (K r e i n e r 1978) :

- ruch linii apsyd;

- ruch układu podwójnego wokół trzeciego ciała;

- zaburzenia w obserwowanej krzywej blasku powodujące systema­ tyczne odchyłki w wyznaczanych momentach minimów.

3. Przyczyny bezpośrednio wpływajęce i zmieniające okres ru­ chu orbitalnego składników ciasnego układu podwójnego. Przyczyny te sę zwięzane z ewolucję ciasnego układu podwójnego, w trakcie której dochodzi do przepływu i wymiany mas między składnikami, a także do utraty materii przez układ jako całość. Szczegółowy opis tych zjawisk podał m.in. K r u s z e w s k i (1966), a modele ewolucyjne ciasnych układów podwójnych uwzględniające procesy prze­ pływu materii między składnikami układu przedstawił P a c z y ń ­ s k i (1971). Natomiast problem promieniowania grawitacyjnego przez układ dwóch gwiazd rozpatrywali, prawdopodobnie po raz pier­ wszy, L a n d a u i L i f s z i c (1948). Bardziej szczegóło­ we rozważania dla ruchu gwiazd po orbitach eliptycznych, przy za- łożeniu słabego pola grawitacyjnego <f <g. c , gdzie cf oznacza po­ tencjał grawitacyjny, zaś c - prędkość światła, prowadzili P e- t e r s i M a t h e w s (1963). Numeryczną ocenę zmiany ener­ gii kilku szybkich układów wywołaną wypromieniowywaniem fal gra­ witacyjnych można znaleźć w pracy Z e l d o w i c z a i N o w i -k o w a (1971). Wreszcie szczegółową analizę zmian o-kresu orbi­ talnego dP^/dt dla układów o orbitach eliptycznych wykonali W a- g o n e r (1975) oraz E p o s i t o i H a r r i s o n (1975). Z autorów polskich problemem tym zajmował się B r a n c e - w i c z (1970), a także S m a k (1978). W ich pracach, poświę­ conych fizycznej interpretacji zmian okresów orbitalnych w

cias-Pulsar PSR 1913+16 161 nych układach podwójnych, został również wspomniany mechanizm zmiany okresu ruchu orbitalnego wywołany przez utratę energii ukła­ du spowodowaną emisję fal grawitacyjnych. Ola niezbyt masywnych i o normalnej gęstości składników układu podwójnego strata ener­ gii wypromieniowanej w postaci fal grawitacyjnych jest - jak na to wskazują rozważania teoretyczne - znikoma, nawet dla białych karłów (w układzie podwójnym). Oceniona np. przez B r a n c e - w i c z a (1970) zmiana okresu dla gwiazdy zmiennej zaćmieniowej WZ Sge wynosi 10"14 - 10”15 dP/dt.

Sytuacja uległa zasadniczej zmianie, kiedy po odkryciu pul- sara PSR 1913+16 w układzie podwójnym i po przeprowadzeniu kilku­ letniej serii obserwacji okazało się, że do pomyślenia stało się wyjaśnienie zmian okresu ruchu orbitalnego mechanizmem emisji fal grawitacyjnych ( D a v i e s 1980; T a y l o r i W e i s - b e r g 1981) w tym przypuszczalnym układzie podwójnej gwiazdy neutronowej!

Uważa się, że gwiazda neutronowa, której szczególnym przypad­ kiem jest pulsar, powstaje podczas wybuchu Supernowej (zob, np. K r a f t 1963; R u d n i c k i 1975), który miałby zachodzić w ciasnym układzie podwójnym. I rzeczywiście - w wielu przypad­ kach stwierdzono, że gwiazda neutronowa jest składnikiem układu podwójnego; w szczególności udało się zaobserwować pulsary rent­ genowskie wśród gwiazd zmiennych zaćmieniowych (D a r z ę b o w- s k i 1975). Wreszcie w kilku przypadkach odkryto podwójne gwiaz­ dy neutronowe. Dednę z nich jest omawiany układ z PSR 1913+16.

Powyższej opinii wydają się zaprzeczać inne dane obserwacyjne, z których wynika, że znakomita większość odkrytych pulsarów (po­ nad 300) to gwiazdy pojedyncze. Sędzi się jednak, iż pulsary te sę prawdopodobnie pozostałościami po wybuchu Supernowych II typu, kiedy eksplodująca w układzie podwójnym gwiazda traci do 90% swo­ jej masy. Zostaje wtedy naruszona równowaga układu i składnik mo­ że opuścić go po stycznej do orbity ze znacznę prędkością (tzw. efekt pr o c y ) .

Dodajmy, że mechanizm powstawania gwiazd neutronowych nie zos­ tał jeszcze w pełni wyjaśniony, toteż niewykluczone, iż przynaj­ mniej niektóre obiekty kolapsujęce (a wśród nich także część pul­ sarów) powstały w wyniku „spokojnej" ewolucji gwiazdy pojedynczej.

Najogólniej można by więc stwierdzić: fenomen Supernowej może powstać w ciasnym układzie podwójnym (którego składniki spełniają

162 T. Z. Dworak, A. Kułak

pewne w a r unki co do masy, stosunku mas i składu chemicznego), a

zapadające się grawitacyjnie jądro pre-Supernowej może utworzyć

gwiazdę neutronową. Nie każda jednak gwiazda neutronowa jest pul- sarem i prawdopodobn ie nie każda gwiazda neutronowa musi powstać w ciasnym układzie podwójnym.

W dokumencie Postępy Astronomii nr 2/1984 (Stron 56-60)

Powiązane dokumenty