На фоне бесконечного разнообразия звезд во вселенной, двойная звезда SS433 сверкает как прекрасный и загадочный бриллиант. Поскольку объект SS433 представляет из себя массивную двойную рентгеновскую систему на поздней очень кратковременной стадии эволюции (~104 лет), то это определяет его уникальность, подобных объектов в нашей галактике должно быть совсем немного. SS433 до сих пор является единственным объектом звездной массы, в котором можно непосредственно наблюдать работающий сверхкритический аккреционный диск, процесс выброса и распространения релятивистских струй. Основным свойством, благодаря которому SS433 выделяется среди двойных звезд с релятивистскими компонентами, является непрерывный режим сверхкритической аккреции газа на релятивистскую звезду со скоростью ~ 10 л MQ /год. Благодаря этому формируется сверхкритический аккреционный диск и две противоположно направленные струи газа, выбрасываемые со скоростью порядка четверти скорости света.
Многие исследователи отмечают удивительное сходство между SS433 с одной стороны, и радиогалактиками и квазарами, с другой. Все эти объекты содержат компонент, который выбрасывает в противоположных направлениях тонкие струи вещества, на продолжении которых находятся области, излучающие в радио и рентгеновском диапазоне. По мнению большинства специалистов, в центре активных галактик, которые могут проявлять себя и как квазары, и как радиоисточники, находятся гигантские черные дыры с массами примерно в миллионы солнечных масс. Подобно компактному объекту в SS433, эти черные дыры окружены аккреционными дисками, вещество из которых перерабатывается черными дырами в струи плазмы. Аналогия между явлением SS433 и активностью ядер галактик и квазаров рассмотрена в работе Лютого и Черепащука (1986).
В последнее время объект SS433 причислен к семье микроквазаров (Фабрика, 2004). Микроквазары — это тесные двойные системы с нейтронными звездами или черными дырами, у которых наблюдаются релятивистские джеты. Например, рентгеновская двойная CygX-1 тоже относится к микроквазарам. Считается, что физика выбросов таких звезд похожа на ту, что определяет гигантские джеты квазаров, хотя при этом различие в массах и пространственных масштабах огромно. Поэтому объект SS433 еще ценен, как естественная лаборатория по изучению процессов, протекающих в очень удаленных объектах — квазарах, активных ядрах галактик и самых близких родственниках SS433 -микроквазарах. Несмотря на прогресс, достигнутый в понимании SS433, интерес к его изучению со временем не только не угасает, а наоборот, судя по увеличению количества публикаций в последнее время, становится все более интенсивным.
Актуальные проблемы: хотя наблюдается очевидное продвижение в изучении природы объекта SS433, перед исследователями все равно остается много нерешенных глобальных проблем, приведем некоторые из них:
— условия формирование струй и внутренняя структура релятивистского объекта;
— механизм коллимации и плавного ускорения холодной плазмы в выбросах до релятивистских скоростей;
— проблема определения массы релятивистского объекта (черная дыра или нейтронная звезда);
— недостаточность сведений об оптической звезде.
Круг рассматриваемых в настоящей работе вопросов ограничен теми проблемами, которые можно исследовать путем фотометрических наблюдений, таких как, например, получение и изучение кривых блеска SS433. Несмотря на обширный наблюдательный материал, до сих пор нет однозначного объяснения орбитальных кривых блеска — неясно, какая излучающая область формирует кривую блеска в оптическом диапазоне, поэтому вопрос об источниках света, которые закрываются в главном и вторичном затмениях нельзя считать решенным. Пока остается спорным объяснение даже такой доминирующей в кривых блеска периодичности, как волна с периодом 162 дня. Существует несколько предположений относительно этой переменности: прецессирует аккреционный «сверхкритический» дискизменяются условия видимости центрального «жерла», откуда вылетают струипрецессируют горячие пятна, образующиеся на поверхности фотосферы в месте выхода из нее релятивистских струй (Липунов, Шакура, 1982). В работе Горанского и др. (1998а) обращается внимание на то, что цикл прецессии связан непосредственно с яркостью джетов, которая может быть обусловлена не только взаимодействием джетов и околозвездного вещества, но и эффектом Допплера. Асадуллаевым и Черепащуком (1986) ранее установлено, что эффект Допплера влияет на яркость струй в движущихся линиях, и не исключено, что он влияет и на яркость в непрерывном спектре. Для реализации последней гипотезы необходимо, чтобы джет был доминирующим источником излучения не только в рентгеновском диапазоне, но и оптическом.
Не решена проблема происхождения оптических и радиовспышек в SS433. Также практически не изучена природа пускового механизма и процессов, сопровождающих развитие долговременных состояний вспышечной активности в системе. Активное состояние — общее свойство всех звезд, находящихся на рентгеновской стадии эволюции, как правило объясняется изменениями в процессе аккреции, но SS433 отличается от других рентгеновских звезд тем, что в рентгеновском диапазоне излучает не аккреционный диск, а релятивистские джеты (Стьюарт и др., 1989).
Цель данной диссертации — изучение фотометрической переменности объекта SS433 в спокойном состоянии и в состоянии вспышечной активности. В связи с этим были поставлены и решены следующие задачи:
1. Получение продолжительных рядов наблюдений SS433 в полосах BVR в разных фазах прецессионного и орбитального периодов в целях уточнения кривых блеска.
2. Получение ЯГЛ-наблюдений быстрой переменности в течение ночи в активном и пассивном состояниях.
3. Исследование состояний вспышечной активности по данным многоцветной фотометрии.
Научная новизна работы определяется тем, что на основе многолетних BVRфотометрических наблюдений SS433 проведено исследование особенностей поведения объекта в состоянии вспышечной активности. В результате сравнения радио и оптических рядов наблюдений была обнаружена синхронность в возникновении и прекращении состояний продолжительной (30−90 дней) вспышечной активности. Анализ кривых блеска в пассивном и активном состояниях показал, что существует незатмеваемый источник оптического излучения, который вероятно связан с двумя горячими газовыми коконами, окружающими внутренние рентгеновские струи. В активных состояниях размер коконов увеличивается, и они не закрываются от наблюдателя ни внешним краем аккреционного диска в положении «с ребра», ни звездой донором во время главных затмений. Эта модель объясняет и различия в орбитальных кривых блеска, построенных на основе фотометрической базы данных SS433 для активных и пассивных состояний. Анализ поведения зависимостей B-(B-V) и V-(V-R) с изменением прецессионной фазы указывает на присутствие двух различающихся по цвету компонентов в оптическом источнике излучения. На основе новых наблюдательных данных установлено, что во время вспышек изменения блеска и цвета подчиняются хорошо известной зависимости V-(V-R) с характерной особенностью — показатель цвета уменьшается с увеличением блеска. Наблюдения SS433 в полосе V, выполненные автором, пополнили общую базу данных на ~15%.
Основные результаты диссертации отражены в следующих опубликованных работах:
1. Гладышев С. А., Ирсмамбетова Т. Р. «Результаты наблюдений SS433 в 1988 г.», 1989, Препринт ГАИШ, № 7.
2. Fabrika S.N., Goranskij V.P., Rakhimov V.Yu., Panferov A.A., Bychkova L.V., Irsmambetova T.R., Manirov Т.К., Shugarov S.Yu., Borisov G.V. «Results of cooperative observations of SS433 in the primary minima», 1997, Bull. Spec. Astrophys. Obs., 43,109.
3. Ирсмамбетова Т. Р. «Анализ вспышечной активности SS433 на базе фотоэлектрических данных», 1997, Письма в Астрон. журн., 23, 341.
4. Ирсмамбетова Т. Р. ((Анализ многоцветных фотометрических наблюдений SS433″, 2001, Астрофизика, 44, 297.
5. Fabrika S.N. and Irsmambetova T.R. «The central region in SS433 supercritical disk and origin of flares», 2002, In «New Views on Micro-quasars» the Fourth Microquasars Workshop, Ph. Durouchoux, Y. Fuchs, J. Rodroquez (eds.) Center for Space Physics, Kolkata (India), 268, astro-ph/207 254.
6. Cherepashchuk A.M., Sunyaev R.A., Fabrika S.N., Postnov K.A., Molkov S.V., Barsukova E.A., Antokhina E.A., Irsmambetova T.R., Panchenko I.E., Seifina E.V., Shakura N.I., Timokhin A.N., Bikmaev I.F., Sakhibullin N.A., Asian Z., Khamitov I., Pramsky A.G., Sholukhova 0., Gnedin Yu.N., Arkharov A.A. and Larionov V.M. «INTEGRAL observations of SS433: Results of coordinated campaign», 2005, Astron. and Astrophys., 437,561.
В работах 3 и 4 автором поставлена задача, получен и обработан наблюдательный материал, проведен анализ полученных результатов. В статьях 1 и 5 все фотометрические наблюдения и обработка проведены автором, помимо этого автор также принимал равноправное участие в обсуждении и интерпретации результатов наблюдений. Вклад автора также состоит в детальном анализе наблюдательных данных, опубликованных в литературе по исследуемому объекту и написании статей. В работах 2 и 6, созданных в рамках кооперативных программ по многоволновым наблюдениям SS433, часть фотометрических наблюдений выполнена и обработана автором.
Апробация работы:
Результаты, приведенные в диссертации, докладывались на следующих конференциях:
— Международная конференция JENAM-2000, ГАИШ, Москва, 2000 г.
— Международная конференция Variable Star-2001, Одесса, 20−25 августа 2001 г.
— Международная конференция по переменным звездам (AFOEV), Франция, 2002 г.
— 4-th MicroQuasars Workshop, Cargese, Corsica, France, 26 May-1 June 2002.
— ВАК — 2004, МГУ ГАИШ, Москва, 3−10 июня 2004 г.
— 5-th INTEGRAL Workshop on the INTEGRAL Universe, Munich, German, 2004.
— Международная конференция «Зельдович-90», ИКИ РАН, Москва, 20−24 дек.
2004 г.
— VIII съезд Астрономического общества и Международный симпозиум «Астрономия 2005 — современное состояние и перспективы» МГУ ГАИШ, Москва, 2005 г.
— Всесоюзная Астрономическая конференция «Тесные двойные звезды в современной астрофизике», Мартынов-2006, Москва ГАИШ, 22−24 мая 2006 г.
— International Conference Blazars: «Jet — Disk Connection. Observations and Theories», Crimea, Nauchny, CRAO, June 12−17, 2006.
— Meetings at the LAU General Assembly, IAU C42, Prague, August 2006.
— 6-th MicroQuasars Workshop: Microquasars and Beyond, Societa del Casino, Como, Italy, September 18−22,2006.
На защиту выносятся следующие основные положения'.
1. Результаты многолетних электрофотометрических и ПЗС-наблюдений SS433, проведенных на высокогорной обсерватории Майданак и в Крыму. Получены кривые блеска в полосах BVR для различных фаз прецессии и орбиты в активных и пассивных состояниях, а также многочисленные данные по быстрой фотометрии в течение ночи.
2. Результаты работы с фотометрической базой данных SS433 в полосе V. Построены средние прецессионные и орбитальные кривые блеска в пассивном и активном состояниях. Средние орбитальные кривые блеска в активном и пассивном состояниях тождественны по форме, но различаются уровнем блеска, который зависит от фазы прецессии.
3. Обнаружено, что зависимости B-(B-V) и V-(V-R) в пассивном состоянии различаются для разных фаз прецессии, что можно интерпретировать как проявление двух компонентов источника оптического излучения. Обнаружено, что блеск и цвет по наблюдениям быстрой переменности в течение ночи также изменяется согласно зависимостям B-(B-V) и V-(V-R) с характерной для SS433 особенностью — с увеличением блеска показатели цвета уменьшаются.
4. По рядам наблюдений SS433, одновременных в оптическом и радиодиапазонах, обнаружена синхронность возникновения и окончания состояний продолжительной вспы-шечной активности. Оптические вспышки возникают только в активном состоянии. Источник вспышек не затмевается, по крайней мере, полностью. Обнаружено, что изменения блеска и цвета во время вспышки, чаще всего происходят согласно известной зависимости V-(V-R), которая справедлива для переменности на временных диапазонах больших масштабов. Для 28 самых ярких вспышек обнаружены фазовые зависимости, т. е. зависимость появления вспышек от определенных сочетаний фаз периода прецессии и периодов биений в системе — периода 6.28 дня (нутации) и периода 6.05 дня.
Основные результаты исследований таковы:
— Получены продолжительные ряды фотометрических наблюдений SS433 в полосах BVR в разных фазах прецессионного и орбитального периодов. Получены ряды BVR-наблюдений быстрой переменности в течение ночи в активном и пассивном состояниях.
— Построены средние прецессионные и орбитальные кривые блеска SS433 в состоянии покоя и активности на основе фотометрической базы данных в полосе V. Средние орбитальные кривые блеска в активном и пассивном состояниях тождественны по форме, но различаются уровнем блеска, который зависит от фазы прецессии.
— Исследование SS433 в пассивном состоянии по данным многоцветной фотометрии показало, что зависимости B-(B-V) и V-(V-R) различаются для разных фаз прецессии, что можно интерпретировать как проявление двух компонентов источника оптического излучения. Обнаружено, что блеск и цвет по наблюдениям быстрой переменности в течение ночи также изменяется согласно зависимостям B-(B-V) и V-(V-R) с характерной для SS433 особенностью — с увеличением блеска показатели цвета уменьшаются.
— По рядам наблюдений SS433, одновременных в оптическом и радиодиапазонах, обнаружена синхронность возникновения и окончания состояний продолжительной вспышечной активности.
— Анализ кривых блеска в активном состоянии показал, что существует незатме-ваемый источник оптического излучения, который вероятно связан с двумя горячими газовыми коконами, окружающих внутренние рентгеновские струи. В активных состояниях размер коконов увеличивается и они не закрываются от наблюдателя ни внешним краем аккреционного диска в положении «с ребра», ни звездой-донором во время главных затмений. Эта модель объясняет и различия в орбитальных кривых блеска, построенных на основе фотометрической базы данных SS433 для активных и пассивных состояний.
— По результатам авторских и опубликованных в литературе наблюдениям SS433 в состоянии вспышечной активности было обнаружено, что источник оптических вспышек не затмевается, по крайней мере, полностью. Обнаружено, что изменения блеска и цвета во время вспышки, чаще всего, происходят согласно известной зависимости V-(V-R), которая справедлива и для переменности на временных диапазонах больших масштабов. Фазовые диаграммы, построенные по 28 самым ярким вспышкам, показали зависимость возникновения вспышек от определенного сочетания фаз основных колебаний в системе.
Результаты наблюдений, представленные в настоящей работе, могут использоваться всеми, кто интересуется фотометрией SS433 в целях независимых исследований.
Благодарности. Выражаю глубокую благодарность моему научному руководителю, доктору физ.-мат. наук, профессору В. М. Лютому, который не оставлял своим вниманием эту работу, доктору физ.-мат. наук С. Н. Фабрике — за эффективное сотрудничество и всяческую помощь в работе. Я искренне благодарна всем сотрудникам бывшей Высокогорной Среднеазиатской Экспедиции ГАИШ МГУ на горе Майданак, с которыми мне посчастливилось работать с 1986 по 1993гг., где был получен основной наблюдательный материал, особенно С. И. Пономаренко, благодаря которому вся наблюдательная техника находилась в рабочем состоянии. Выражаю большую признательность С. Ю. Шугарову, Н. А. Катышевой, И. М. Волкову и Е. П. Павленко за помощь при наблюдениях с ПЗС-мат-рицами в Крыму, Л. А. Багаеву за техническую помощь, а также всем сотрудникам Крымской лаборатории ГАИШ за поддержку. Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта «Научная Школа» — 5218.2006.2.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Настоящая работа состоит из введения, шести глав, заключения и списка цитируемой литературы (142 наименования). Суммарный объем диссертации составляет 131 страницу, включая 58 рисунков и 9 таблиц.
Во введении дается краткое описание современного состояния проблемы, обосновывается актуальность работы, сформулированы ее цели, описана конкретная задача, поставленная для решения этой проблемы, перечислены положения, выносимые на защиту, освещена новизна работы. Также указано, где представлялись результаты исследований и приведены основные публикации по теме диссертации.
В Главе 1 кратко описана история открытия и начала исследований объекта SS433. Здесь же сказано о современной модели SS433, которая базируется на теории непрерывного режима сверхкритической аккреции газа на релятивистскую звезду. Наблюдаемые свойства объекта такие как: низкая рентгеновская светимость при огромной оптической светимостисравнимость размеров двойной системы с размерами радиуса фотосферы аккреционного диска при темпе аккреции ~10″ 4 MQ /годналичие мощной протяженной атмосферы, совпадают с теоретическими расчетами. Далее приведены основные качественные и количественные параметры SS433.
Глава 2 посвящена описанию методик фотоэлектрических и ПЗС-наблюдений, которые применялись автором в процессе наблюдений. Приведены цветовые уравнения для WB КЛ-электрофотомера и ПЗС-фотометра.
В Главе 3 анализируется фотометрическая база данных SS433 в полосе V, собранная в ГАИШ в период 1979;2004гг. База данных насчитывает 2400 индивидуальных измерений блеска SS433 (наблюдательный вклад автора в общую фотометрическую базу данных составляет ~15%). На ее основе построены средние орбитальные кривые блеска отдельно в пассивном и активном состояниях для различных фаз прецессии. SS433 часто испытывает состояния продолжительной активности. Показано, что вспышечная активность в оптике возникает и исчезает синхронно с активностью в радиодиапазоне. Судя по радионаблюдениям, объект находится в состоянии активности порядка 50% наблюдаемого времени. На примере оригинальных наблюдений показана зависимость проявления состояния активности от фазы прецессии. Построены также средние прецессионные кривые блеска в активном и пассивном состояниях в фиксированных участках орбитального периода. Особенности кривых блеска в активных и пассивных состояниях позволяют предположить, что оптический блеск SS433 в основном определяется горячим телом в центральной части аккреционного диска, которым могут быть два горячих газовых кокона, окружающие внутренние рентгеновские струи. В активных состояниях размеры оптических коконов увеличиваются.
Глава 4 посвящена анализу пассивных и активных состояний SS433 по многоцветным фотометрическим наблюдениям. Приведены результаты фотоэлектрических BVR-наблюдений на горе Майданак, проведенные в 1988;1990гг., а также результаты ПЗС-наблюдений в Крыму в полосах BVRI, полученные в 2004;2005гг. Обнаружено, что в спокойном состоянии, как в масштабах переменности в течение ночи, так и в масштабах орбитальной и прецессионной переменности справедливы зависимости B-(B-V)и V-(V-R), согласно которым при увеличении блеска показатель цвета уменьшается. Состояние продолжительной активности приводит к увеличению показателя цвета V-R. Показано, что все разномасштабные по времени колебания блеска показывают одну особенность — рост амлитуды блеска с уменьшением длины волны. Изменения блеска и показателей цвета, сопровождающие прецессионное движение, можно объяснить двухкомпонентным источником оптического излучения. Один компонент — более горячий «голубой» связан пространственно с джетами, и другой — более холодный «красный», вероятно, имеет более сложную структуру. Излучение «красного» компонента может формироваться источником, ориентированным также вдоль джетов и дополнительно общей холодной оболочкой, излучающей в полосах RI.
В Главе 5 описываются фотометрические особенности оптических вспышек, возникающих в системе SS433 в периоды активности. Показано, что вспышки могут возникать в любой орбитальной фазе, в том числе и в моменты главных затмений, что говорит о том, что источник оптических вспышек полностью не затмевается. На примере наблюдений вспышечной активности 1989 г. демонстрируется изменение блеска и показателей цвета на диаграммах B-(B-V) и V-(V-R), сопровождающие начало, развитие и окончание активного состояния. В моменты максимального блеска во время вспышки цвет и блеск показывают такую же зависимость, как и переменность в течение ночи в спокойном состоянии, т. е. увеличение блеска в полосе V сопровождается уменьшением показателя цвета V-R. По девяти самым ярким оптическим вспышкам построен средний профиль вспышки в полосе V. Для 28 вспышек, избранных по критерию наибольшего зарегистрированного блеска, построены фазовые диаграммы для таких пар периодов: «прецессия — орбита», «прецессия — 6.05 дня» (f6.05 = 2fop6 + 2fnpeu) и «прецессия — 6.28 дня» (f6.2g = 2fop6 + fnpeu)-Фазовые диаграммы показали наличие зависимости возникновения вспышек от определенного сочетания фаз основных колебаний в системе SS433. Обсуждается вопрос геометрического положения эпицентра оптических вспышек в системе, а также возможные причины их появления. Предполагается связь между возникновением вспышек и изменением скорости в релятивистских джетах.
Глава 6 включает в себя описание результатов совместных программам по многоволновым наблюдениям SS433. Участие автора в кооперативных программах заключалось в фотометрическом патрулировании SS433 при помощи ВР7?-электрофотометра на горе Майданак (1988;1990гг.) и в Крыму (2003г.) параллельно с наблюдениями на других обсерваториях. Приведены результаты, полученные в 1986;1990гг. благодаря совместным спектральным (САО) и фотометрическим (Санглок, Майданак, Южная станция ГАИШ) наблюдениям с целью изучения переменности объекта в моменты главных затмений. Получены спектральные и оптические наблюдения для семи главных затмений. Обнаружены Hell-коконы — области горячего газа, которые формируются вокруг основания джетов, в момент главного затмения коконы полностью затмеваются. Далее приведены результаты совместных наблюдений SS433 по программе рентгеновского орбитального телескопа «Интеграл» в 2003;2004гг. Параллельно с рентгеновскими наблюдениями велись фотометрические мониторинги в видимом оптическом (Тубитак, Крым) и ИК (Пулковская обсерватория в Италии) диапазонах, в сантиметровом радиодиапазоне (РАТАН-600), также получены спектры (САО). Анализ новых данных показал, что с увеличением энергии в рентгеновском диапазоне наблюдается увеличение амплитуды прецессионной и орбитальной переменности, что аналогично поведению в оптическом диапазоне. Также обнаружено, что орбитальные затмения в жестком рентгене происходят в фазе с затмениями в оптическом диапазоне.
