Катаклизмические переменные звёзды: нерегулярные вспышки и двойные системы.

Введение

Звезды с нерегулярными большими колебаниями яркости

В астрономии катаклизмические переменные звезды (CV) – это звезды, которые нерегулярно увеличивают яркость в значительной степени, а затем возвращаются в состояние покоя. Изначально их называли новыми, поскольку объекты, демонстрирующие вспышки яркости, видимые невооруженным глазом, и невидимое в спокойном состоянии свечение, казались новыми звездами на небе. Катаклизмические переменные звезды – это двойные звезды, состоящие из двух компонентов: белого карлика и вторичной звезды-донора, передающей массу. Звезды расположены настолько близко друг к другу, что гравитация белого карлика деформирует вторичную звезду, и белый карлик аккрецирует материю от компаньона. Таким образом, вторичную звезду часто называют звездой-донором. Падающее вещество, обычно богатое водородом, в большинстве случаев формирует аккреционный диск вокруг белого карлика. От аккреционного диска часто регистрируется сильное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, обусловленное потерей гравитационной потенциальной энергии падающим материалом. Самая короткая в настоящее время наблюдаемая орбита в системе, богатой водородом, составляет 51 минуту у ZTF J1813+4251. Вещество на внутреннем крае диска падает на поверхность первичного белого карлика. Классическая вспышка новой происходит, когда плотность и температура в нижней части накопленного слоя водорода достигают значений, достаточных для запуска неуправляемых реакций термоядерного синтеза водорода, которые быстро превращают слой водорода в гелий. Если процесс аккреции продолжается достаточно долго, чтобы приблизить белый карлик к пределу Чандрасекара, возрастающая внутренняя плотность может вызвать неуправляемый синтез углерода и спровоцировать взрыв сверхновой типа Ia, который полностью уничтожит белый карлик. Аккреционный диск может быть подвержен нестабильности, приводящей к вспышкам карликовых новых, когда внешняя часть диска переходит из холодного, тусклого состояния в более горячее, яркое состояние на некоторое время, прежде чем вернуться в холодное состояние. Карликовые новые могут повторяться с периодом от нескольких дней до десятилетий.

Классификация

Катаклизмические переменные подразделяются на несколько меньших групп, часто названных в честь яркого прототипа звезды, характерного для данного класса. В некоторых случаях магнитное поле белого карлика достаточно сильное, чтобы разрушить внутренний аккреционный диск или даже полностью предотвратить его формирование. Магнитные системы часто демонстрируют сильную и переменную поляризацию в оптическом диапазоне, и поэтому иногда называются полярными звездами; они часто проявляют небольшие флуктуации яркости с амплитудой, соответствующей периоду вращения белого карлика. Сверхновые. Они классифицируются как катаклизмические переменные и характеризуются чрезвычайно мощными вспышками, разрушающими звезду-предшественницу. Некоторые из них возникают в системах, состоящих из белого карлика и звезды-компаньона, в то время как другие являются результатом взрыва очень массивных звезд. (Классические) новые. Эти катаклизмические переменные демонстрируют очень мощные вспышки амплитудой от 6 до 19 звездных величин, вызванные термоядерным синтезом вещества, аккрецированного на белый карлик. Повторяющиеся новые. Они характеризуются вспышками амплитудой около 4–9 звездных величин, повторяющимися с интервалом от 10 до 80 лет. Примерами служат T Pyxidis и RS Ophiuchi. Новые карликовые. Новые карликовые, или звезды типа U Geminorum, – это катаклизмические переменные, которые наблюдаются как неоднократно увеличивающие яркость, хотя и в меньшей степени, чем классические новые. Звезды Z Camelopardalis. Временно "замирают" на определенном уровне яркости ниже максимума. Звезды SU Ursae Majoris. Проявляют "супервспышки", которые ярче, чем обычные вспышки. Звезды SS Cygni. Имеют вспышки двух различных по продолжительности типов. Яркие красные новые. Это слияния звезд, которые становятся очень красными после вспышки. Полярные звезды. AM Herculis – это двойные системы, в которых магнитное поле белого карлика синхронизировало период его вращения с орбитальным периодом двойной системы. Вещество от звезды-донора направляется на белый карлик магнитным полем, а не формирует диск. DQ Herculis, также известные как "промежуточные полярные", имеют несколько более слабое магнитное поле, чем звезды AM Herculis; там присутствует аккреционный диск, но его подструктура создается магнитным полем. VY Sculptoris. Это звезды, которые время от времени уменьшают яркость более чем на одну звездную величину, с очень редкими вспышками типа новых карликовых во время состояния пониженной яркости. Вероятно, это подкласс полярных звезд. AM Canum Venaticorum. Это катаклизмические переменные, оба компонента которых являются белыми карликами; аккреционный диск состоит в основном из гелия, и они представляют интерес как потенциальные источники гравитационных волн. SW Sextantis. Подобны новым карликовым, но имеют аккреционный диск в стационарном состоянии и не проявляют вспышек; диск излучает неравномерно. Обычно они также являются затмевающими переменными, хотя это, по-видимому, является результатом эффекта отбора. Z Андромеды (симбиотические переменные). Это близкие двойные системы, состоящие из массивного холодного компонента, теряющего массу в пользу более горячего компактного компонента и аккреционного диска. Известно более 1600 систем CV. Каталог был заморожен на 1 февраля 2006 года, однако каждый год открываются новые системы.

Cataclysmic variables are subdivided into several smaller groups, often named after a bright prototype star characteristic of the class. In some cases the magnetic field of the white dwarf is strong enough to disrupt the inner accretion disk or even prevent disk formation altogether. Magnetic systems often show strong and variable polarization in their optical light, and are therefore sometimes called polars; these often exhibit small amplitude brightness fluctuations at what is presumed to be the white dwarf's period of rotation. Supernovae These are classed as cataclysmic variables and have extremely large outbursts that destroy the progenitor star. Some result from white dwarfs in binary systems but others are very massive stars. (Classical) novae These cataclysmic variables have very large outbursts, of 6 to 19 magnitudes, caused by thermonuclear fusion of material accreted onto the white dwarf. Recurrent novae These have outbursts of about 4 to 9 magnitudes, repeating every 10 to 80 years. Examples include T Pyxidis and RS Ophiuchi. Dwarf novae Dwarf novae, or U Geminorum stars, are cataclysmic variables which are observed to brighten repeatedly, though by a smaller amount than classical novae. Z Camelopardalis stars Temporarily "halt" at a particular brightness below their peak SU Ursae Majoris stars Have "superoutbursts" which are brighter than the average SS Cygni stars Have outbursts of two distinct lengths Luminous red novae These are stellar mergers that become very red after outburst. Polars AM Herculis stars are binaries in which the magnetic field of the white dwarf has synchronized the latter's rotational period with the binary orbital period. Matter from the donor star is magnetically channeled onto the white dwarf rather than forming a disc. DQ Herculis, also called 'intermediate polars', have a slightly weaker magnetic field than AM Herculis stars; there is an accretion disc, but substructure in it is created by the field. VY Sculptoris These are stars which occasionally drop in brightness by more than one magnitude, with very occasional dwarf nova type outbursts during the dim state. They may be a subclass of polars. AM Canum Venaticorum These are cataclysmic variables both of whose components are white dwarfs; the accretion disc is composed primarily of helium, and they are of interest as sources of gravitational waves. SW Sextantis These are like dwarf novae but have the accretion disc in a steady state, so do not show outbursts; the disc emits non uniformly. They are usually also eclipsing variables, though this appears to be a selection artefact. Z Andromedae (symbiotic variables) These are close binaries with a large cool component losing mass to a hotter compact component and accretion disc. There are over 1600 known CV systems. The catalog was frozen as of 1 February 2006 though more are discovered each year.

Открытие

Катаклистические переменные – одни из классов астрономических объектов, наиболее часто обнаруживаемых любителями, поскольку катаклистическая переменная в фазе вспышки достаточно яркая, чтобы быть зарегистрированной даже с помощью простых инструментов, а единственные небесные объекты, которые можно с ними легко спутать, – это яркие астероиды, чьё движение от ночи к ночи заметно. Подтверждение того, что объект является катаклистической переменной, также относительно просто: они обычно имеют голубоватый цвет, демонстрируют быструю и значительную изменчивость и характеризуются необычными эмиссионными линиями. Они излучают в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах; также предполагается, что они излучают гамма-лучи в результате аннигиляции позитронов, образующихся из ядер, богатых протонами, в ходе термоядерного взрыва, однако это пока не было зафиксировано. Около шести галактических новых (то есть в нашей Галактике) открывается каждый год, в то время как модели, основанные на наблюдениях в других галактиках, указывают на то, что частота их возникновения должна составлять от 20 до 50; это расхождение объясняется частично поглощением межзвёздной пылью, а частично недостатком наблюдателей в южном полушарии и сложностями наблюдений во время восхода Солнца и полнолуния.

Супергорбы

Некоторые катаклизмические переменные демонстрируют периодические увеличения блеска, вызванные деформациями аккреционного диска, когда его вращение входит в резонанс с орбитальным периодом двойной системы.