Звездообразование, приливное взаимодействие звезд и рентгеновские двойные.

М. Гильфанов, П. Штыковский

Массивные рентгеновские двойные – молодые обьекты, тесно связанные со звездообразованием. Действительно, наблюдения обсерваторий Chandra и XMM-Newton обнаружили линейную связь между их числом и современным темпом звездообразования в галактиках. Однако, при более детальном рассмотрении с точки зрения теории эволюции двойных систем становится очевидным, что популяция массивных рентгеновских двойных должна зависеть не только от его сегодняшнего значения, но и от истории звездообразования в галактике за предыдущие ~10-100 млн. лет. Подробному исследованию этого вопроса и посвящен данный цикл работ.

В первой работе цикла исследуется зависимость числа двойных от времени, прошедшего с момента звездообразования на примере Малого Магелланова Облака (ММО). Используя архивные данные оптических наблюдений, мы определили пространственноразрешенную историю звездообразования в этой галактике за предыдущие 100 млн.лет. Сравнивая ее с пространственным распределением массивных рентгеновских двойных (полученным нами ранее на основе данных наблюдений обсерватории XMM-Newton), мы определили искомую зависимость. Оказалось, что популяция Массивных рентгеновских двойных достигает своего максимума через 2050 млн. лет после вспышки звездообразования, после чего быстро уменьшается. Число обьектов моложе 10 млн. лет невелико, что указывает на относительно малый вклад систем с черными дырами и с донорами-сверхгигантами. Полученная зависимость не только открывает широкие возможности для проверки и калибровки теории эволюции двойных систем но и позволяет более точно обосновать возможность использования массивных рентгеновских двойных в качестве индикатора звездообразования в галактиках. Она также позволяет предсказать ряд интересных свойств популяции массивных рентгеновских двойных в галактиках, поддающихся прямой экспериментальной проверке.

Одно из таких предсказаний сделано во второй работе цикла, в которой продемонстрировано, что конечное время жизни массивных рентгеновских двойных должно приводить к их смещению относительно спиральной структуры в спиральных галактиках. Построена кинематическая модель, описывающая этот эффект и показано, что он будет проявлятся по-разному для систем разной светимости и с разной природой компактного обьекта и оптического компаньона. Предсказания модели сравниваются с результатами наблюдений галактики М51 обсерваторией Chandra. Также предсказано распределение массивных рентгеновских двойных по галактической долготе в нашей Галактике, позволяющее качественно объяснить результаты наблюдений обсерватории ИНТЕГРАЛ.

Плотность звезд в центральных областях спиральных галактик может достигать 10^3-10^4 пк^-3. При таких плотностях высока вероятность сближения звезд и компактных объектов (нейтронных звезд и черных дыр) на расстояния порядка нескольких звездных радиусов и формирования рентгеновских двойных. Главными механизмами являются (1) приливной захват нормальной звезды компактным объектом, (2) столкновение компактного объекта с красным гигантом и (3) реакции замещения одной из звезд в двойной системе компактным объектом (аналогичные реакциям перезарядки в атомной физике). В типичной

спиральной галактике за 1 млрд.лет образуется около ~50-100 рентгеновских двойных, большинство из которых являются системами с черными дырами, в силу сильной зависимости сечения приливного захвата от массы компактного объекта. Из-за малого орбитального размера, образующиеся системы становятся яркими источниками рентгеновского излучения, со светимостями >1e37 erg/s. Очевидно, что темп их формирования пропорционален квадрату звездной плотности. С другой стороны, число "обычных" двойных, сформированных в ходе стандартной звездной эволюции линейно пропорционально плотности звезд.

На основе анализа данных наблюдений галактики Андромеда обсерваторией Chandra обнаружено значительное повышение удельного числа (на единицу звездной массы) рентгеновских двойных в центре этой галактики по сравнению с ее внешними областями. В то время как во внешних областях галактики число рентгеновских двойных следует распределению звездной массы, вблизи центра галактики их плотность растет пропорционально квадрату звездной плотности. Это является прямым подтверждением динамического происхождения этих источников. Также наблюдается необычное распределение их рентгеновской светимости, характеризующееся дефицитом слабых объектов, log(Lx)<36.5. Такая же функция светимости наблюдается у двойных, расположенных в шаровых скоплениях в Андромеде и в нашей Галактике. Это радикально отличается от функции светимости источников в поле, образовавшихся в ходе стандартной звездной эволюции. Построена количественная теория динамического формирования рентгеновских двойных в центрах галактик и в шаровых скоплениях. Показано, что предсказания теории хорошо согласуются с результатами наблюдений Chandra нашей Галактики и галактики Андромеда.

1. П.Штыковский, М.Гильфанов, «Массивные рентгеновские двойные и недавняя история звездообразования в Малом Магеллановом Облаке», Письма в АЖ, 33, N7, 492 (Ast. Letters 33, 7, 437 )

2. П.Штыковский, М.Гильфанов, «Массивные рентгеновские двойные и спиральная структура родительской галактики», Письма в АЖ, 33, N5, 340 (Ast. Letters 33, 5, 299)

3. R.Voss & M.Gilfanov A study of the population of LMXBs in the bulge of M31

Astronomy & Astrophysics, 468, 49 (2007)

4. R.Voss & M.Gilfanov "The dynamical formation of LMXBs in dense stellar environments: globular clusters and the inner bulge of M31"

MNRAS, 380, 1685 (2007)