1tom - 0473.htm
о
§
<
о.
ГЭА 530
. к. связан с потерей устойчивости объекта по отношению к сжатию- После потери устойчивости с течением времени объект все сильнее отклоняется от исходного состояния равновесия между силами давления и гравитации, прич╦м силы гравитации начинают преобладать над силами давления, что вызывает дальнейшее ускорение сжатия. На языке изложенной выше элементарной теории это означает, что коэф. а, к-рый
£ вначале очень мал, быстро увеличивается и становится близким к 1.
В основе Г, к. при рождении зв╦зд и при образовании нейтронных зв╦зд и ч╦рных дыр лежат совершенно различные физ. процессы. Однако гидродинамич. картина развития Г. к. в осн. чертах одинакова в обоих случаях,
Рождение зв╦зд связано с джинсовской гравитационной неустойчивостью межзв╦здной среды. Большое значение имеет также повышение давления на границе протозв╦здного газопылевого облака, к-рое может возникнуть либо в результате ионизации наружных слоев облака излучением горячих молодых зв╦зд, либо при обтекании облака ударной волной от взорвавшейся ло соседству сверхновой звезды, либо, наконец, при столкновении с др. газопылевым облаком. Г. к. протозв╦здного облака облегчается тем, что значит, часть выделяющейся при сжатии гравитац. энергии ид╦т не на повышение противодействующего сжатию давления, а уносится в виде ИК-излучения, испускаемого молекулами и пылью.
При образовании нейтронных зв╦зд и ч╦рных дыр толчком к началу Г. к. служат потеря звездой устойчивости вследствие диссоциации атомных ядер на составляющие их нуклоны и (или) нейтронизация вещества звезды (массовый захват атомными ядрами электронов), сопровождаемые интенсивными потерями энергии пут╦м испускания электронных нейтрино.
Начавшийся Г. к. развивается во вс╦ более ускоренном темпе в осн. по двум причинам. Во-первых, затраты энергии на расщепление частиц вещества (диссоциация молекул и ионизация атомов при сжатии протозв╦зд-ных облаков, диссоциация атомных ядер при образовании нейтронных зв╦зд) приводят к снижению показателя адиабаты у. а следовательно, давления р (р и р при адиабатмч. сжатии связаны соотношением р~ pV), С уменьшением радиуса R объ╦ма, занятого заданной массой газа, плотность увеличивается как Л~3Т а сила давления, пропорциональная Й2р, раст╦т соот-
ветственно как Й2^у1|?, Поэтому сила тяжести, пропорциональная Д~2, будет возрастать при сжатии быстрее силы давления, если выполнено неравенство 2 ≈ 3 7> ≈ 2, или Y<4/3. Т. о., если у меньше критич. значения 4/з, то по мере сжатия сила давления становится вс╦ меньше по сравнению с силой гравитации и Г. к. переходит в режим свободного падения (а^1). Во-вторых, интенсивные потери энергии на излучение во время Г. к. приводят к существенному снижению коэф.
пропорциональности между р и pv. В результате Г. к., начавшись при -у < */5, может продолжаться, даже если впоследствии это неравенство и не выполняется.
В центре реальных объектов перед началом Г. к. плотность значительно больше, чем в наружных слоях. Кроме того, преобладание сил гравитации над силами давления сказывается сильнее вблизи центра, где вскоре после начала Г. к. а^1, тогда как наружные слои остаются практически в равновесии (сь«0). Поэтому характерное время Г. к. tn для слоев, расположенных вблизи центра, меньше, чем для удаленных слоев, и Г. к. с самого начала развивается неоднородным образом: в центр, области объекта выделяется почти однородное коллапсирующее ядро, после чего в более медленном темпе начинают стягиваться к центру лиш╦нные «опоры» внеш. слои. Детальное описание Г. к. можно получить лишь с помощью быстродействующих ЭВМ
с уч╦том конкретных механизмов потерь энергии {ИК-излучение или нейтрино) и др. фдз. свойств коллапси-рующего вещества (уравнения состояния, кинетики сопутствующих элементарных процессов: диссоциации молекул, ионизации атомов, испарения пыли или диссоциации атомных ядер и нейтронизации). Сжатие выделившегося центр, ядра происходит примерно так же, как и Г. к. однородной сферы (рис. 1). Для наружных слоев центр, ядро играет роль точечной массы, на к-рую они осаждаются в режиме нестационарной аккреции. Поэтому в первом приближении Г- к. можно представить как комбинацию этих простых вариантов сжатия (рис. 2). Расч╦ты на ЭВМ приводят к картине Г. к.,. качественно совпадающей с показанной на рис. 2.
Прекращение Г, к. связано со значит, увеличением плотности в центре коллапсирующего объекта (при одноврем. возрастании темп-ры), Прежде всего вблизи центра ааканчиваются процессы диссоциации и ионизации и поэтому устанавливается неравенство
-V,
Затем центр, область коллапсирующего объекта становится непрозрачной для излучения и резко замедля-
Рис. 2. Качественный вид распределений плотности и скоро- -2 сти при гравитационном коллапс с в последовательные мо- -менты времени *, ( = 01 <(,<,.. --.<<» (в условных единицах). -6 УВ ≈ фронт ударной волны. Распределение плотности в мо-
мент (в не показано. а
ется рост потерь энергии. В результате силы давления начинают расти быстрее сил гравитации и сжатие центр, ядра вскоре прекращается. Наступает вторая стадия Г. к.≈ выпадение (аккреция) на сколлапсировавгнее ядро наружных слоев оболочки. Ядро отделено от оболочки характерным минимумом в распределении скорости {рис. 2), в к-ром абс. величина скорости превышает скорость звука. Поэтому после остановки ядра вещество оболочки наталкивается на него со сверхзвуковой скоростью, образуя фронт сильной ударной волны (УВ), показанной на рис. 2 пунктиром. В центр, области объекта возникает избыток давления, под действием к-рого фронт УВ перемещается в наружном направлении. УВ не только останавливает падение оболочки, но может также придать наружным слоям скорость, направленную от центра. Этот обнаруженный в детальных расч╦тах Г, к. эффект наз. гидродинамич. отражением (или отскоком). Его существование важно для диагностики Г. к, в наблюдениях, к в частности для теории вспышек сверхнивых зв╦зд,
После выпадения на ядро осн. массы оболочки и затухания вызванных гидродинамич. отражением пульсаций ядра Г. к. фактически заканчивается. Однако значит, доля выделившейся в процессе Г. к. энергии не успевает излучиться и оказывается запас╦нной: в виде теплоты в образовавшемся плотном гидростатически равновесном объекте (в цротозвезде или t в горячей нейтронной звезде). Излучевие этой энергии обеспечивается медленным (по сравнению с характерным временем Г. к. £0) процессом лучистой (в случае нейтронной звезды ≈ нейтринной) теплопроводности. Существенный вклад в перенос энергии от центра к поверхности объекта может вносить также конвекция. По мере излучения энергии протозвезда продолжает медленно сжиматься и постепенно освобождается от заключ╦нных в ней больших запасов гравитац. энергии, В соответствии с ей риал а теоремой, темп-pa в центре протозвезды повышается и в конце концов достигает величины, достаточной для протекания термоядерных реакций,≈ протозвезда превращается в обычную звезду.
")
}
