AM Herculis - прототип на екзотичен клас катаклизмични променливи
Екзотичната звезда АМ Херкулис е прототип на звездите от типа "AM Her" или т. нар. "полари" - уникален клас катаклизмични променливи, при които магнитното поле на първичната звезда (бяло джудже) напълно доминира върху акреционния поток на системата. С откриването на AM Her идват и откриването на "поларите" и наученият урок, че дори познати обекти могат да разкрият вълнуващи неща, ако към тях се подходи по правилния начин. AM Her е открита през 1923 г. от М. Волф в Хайделберг, Германия, по време на рутинно търсене на променливи звезди. Тогава тя е включена в Общия каталог на променливите звезди като неправилна променлива звезда с диапазон от 12-а до 14-а звездна величина. Вписването остава такова до 1976 г., когато най-накрая е разкрита истинската сложност на AM Her. Берг и Дюти от Университета в Рочестър (1977 г.) първоначално изказват предположението, че AM Her може да е оптичен аналог на слабия рентгенов източник 3U 1809+50, който е открит от първия малък астрономически спътник Uhuru. Те отбелязват, че променливата звезда се намира точно до областта на сигурност, където се смята, че се намира слабият рентгенов източник. Впоследствие е била определена по-добра позиция за 3U 1809+50 и е доказано, че позицията на рентгеновия източник и променливата звезда е една и съща. За да се докаже обаче, че тези наблюдения идват от един и същ източник, са били необходими повече доказателства.
През май 1975 г. Берг и Дюти извършват първите фотоелектрични наблюдения на AM Her. Те установяват, че светлината от AM Her "трепти непрекъснато" (фликеринг). Тази бърза променливост на светлината е наблюдавана при две други звезди, които са били свързани с рентгенови източници, така че екипът е оптимистично настроен, че AM Her може да се окаже оптичният аналог на 3U 1809+50.
До май 1976 г. в цялата астрономическа общност се разпространява информацията, че AM Her е важен обект, който трябва да бъде наблюдаван възможно най-подробно. Чилийският астроном С. Тапиа от Университета в Аризона има достъп до поляриметър и го използва за наблюдение на тази звезда. Резултатите са поразителни. През август 1976 г. той открива, че АМ Her е както линейно, така и кръгово поляризирана (тези понятия са разгледани по-нататък в статията) при оптични дължини на вълните (Tapia 1977a). Откриването на променливата кръгова поляризация е изненадващо, тъй като е известно, че тя съществува само при 9 други звезди, всичките магнитни бели джуджета. Кръговата поляризация в AM Her означава, че има наличие на мощно магнитно поле. Това потвърждава подозрението, че AM Her е оптичният аналог на рентгеновия източник. Вследствие на това се ражда нов клас магнитни катаклизмични променливи, наречени "звезди от типа AM Her" или "полари".
 |
| Художествено представяне на система от типа AM Her. Синята мъгла представлява магнитосферата на бялото джудже. Авторско право: Russell Kightley Media |
Магнитни катаклизмични променливи
Откриването на АМ Херкулис въвежда нов клас звезди със силно маггнитно поле в групата на известните по това време катаклизмични променливи. Катаклизмичната променлива е близка двойна система с първично бяло джудже и вторично червено джудже. В резултат на еволюцията на системата червената звезда от главната последователност губи вещество в посока на първичната, образувайки акреционен диск около бялото джудже. Магнитната катаклизмична променлива се отличава с наличието на магнитно поле около звездата бяло джудже, което оказва радикално влияние върху целия характер на акреционния поток в системата. По този начин катаклизмичните променливи се разделят на две групи - немагнитна група (нови джуджета, подобни на нови, рецидивиращи нови; за допълнителен преглед на немагнитните променливи посетете VSOTM за SS Cyg, U Gem, Z Cam или RS Oph) и магнитна група (полари). Магнитните катаклизмични променливи се разделят допълнително на два класа въз основа на силата на магнитните им полета:
Междинни полари (звезди от типа DQ Her)
Междинните полари или звездите DQ Her (наречени така по името на прототипа DQ Her) показват интензивност на магнитното поле около звездата бяло джудже от порядъка на 1-10 мега гауса. Образува се акреционен диск, който се разрушава в близост до бялото джудже (първичната звезда) поради магнитното поле. Магнитосферата не е достатъчно силна, за да синхронизира орбитите на въртящото се бяло джудже с орбиталния период на системата (както се наблюдава при звездите AM Her).
Полари (звезди AM Her)
Поларите или звездите AM Her (наречени така по името на прототипа AM Her) показват магнитно поле с интензивност от порядъка на 10-100 мега гауса. Това магнитно поле е толкова мощно, че предотвратява образуването на акреционен диск около бялото джудже и заключва двете звезди, така че те винаги са с едно и също лице една към друга. По този начин бялото джудже се върти със същата скорост, както и двете звезди в орбита - синхронно въртене, което е характерна черта на звездата AM Her. (Около 10 % от звездите AM Her са асинхронни, при които въртенето на бялото джудже и орбитата се разминават с ~ 1 %) (Hellier 2001).
Модел на системата AM Her
Звездите от типа AM Her са особено интересни за изучаване заради силните си магнитни полета. В системата AM Her магнитното поле около първичното бяло джудже е толкова силно, че не може да се образува акреционен диск, както това става при немагнитните катаклизмични променливи. Материалът от вторичното тяло се движи към първичното, докато достигне точката, в която магнитното поле доминира в системата. В този момент енергията, свързана с линиите на магнитното поле, е много по-голяма от енергията на основния поток материал, идващ от вторичната звезда, така че материалът е принуден да следва пътя, определен от линиите на полето. Обикновено това е диполярна структура, която е подобна на конфигурацията, получена при разпръскване на железни стърготини около прътов магнит. По този начин, за да следва силовата линия на полето, акреционният поток се разделя на две, като едната част се насочва към "северния" магнитен полюс, а другата - към "южния". При приближаването си към бялото джудже линиите на полето се сближават, притискат потоците от материя и ги насочват към малки акреционни петна в близост до полюсите, чиито радиуси са само ~ 1/100 от звездата бяло джудже (Hellier 2001). Liller (1977 г.) описва изливането на материя върху магнитните полюси на бялото джудже подобно на "свръхсилно торнадо". Потокът от материя към магнитните полюси е подобен и на явлението полярно сияние на Земята, при което слънчеви частици навлизат в земната атмосфера в тези области.
Материалът в тази фуния, или акреционна колона, се насочва от магнитното поле към бялото джудже при почти свободно падане. Потенциалната енергия се превръща в кинетична и потокът се удря в бялото джудже с приблизителна скорост от около ~ 3000 km/s. В последвалия акреционен удар кинетичната енергия се превръща в рентгенови лъчи и се излъчва навън. Магнитните катаклизмични променливи излъчват по-голямата част от енергията си като рентгенови лъчи и екстремно ултравиолетови фотони (Hellier 2001).
Установено е, че в стремежа да се получи конфигурация с най-ниска енергия за тази система магнитното поле на бялото джудже често се накланя, така че единият магнитен полюс "сочи" към посоката, от която идва потокът. В резултат на това материалът се насочва с предимство към този полюс; материалът все пак може да се насочи към другия полюс, но само като измине дългия път и само малка част от материала успява да го направи. Затъмненията в системите АМ Her представляват нагледна илюстрация на тази геометрия на потока. Светлинните криви показват, че малкото и поради това бързо затъмняващо се акреционно петно на магнитния полюс излъчва приблизително половината от общата светлина; другата половина идва от удължения поток, който навлиза и излиза от затъмнението по-постепенно (Hellier 2001).
Поглед върху светлинната крива
Светлинната крива на AM Her прилича на мощно торнадо. Очевидно има повече от един източник на радиация, който опустошава звездата. Може да се смята, че вариациите в AM Her принадлежат към две групи - дългосрочни и краткосрочни промени. Дългосрочните промени се характеризират със съществуването на две различни състояния - едното е "активно" или "високо" състояние, при което яркостта се колебае около визуалната 13.0 звездна величина, а другото е "неактивно" или "ниско" състояние, при което яркостта остава на ниво около 15.0 (Hoffmeister et al. 1985). Смята се, че тези две състояния са резултат от активните и неактивните скорости на пренос на маса от вторичната към първичната звезда (Hessman et al. 2000).
 |
| Светлинна крива във V на AM Herculis от Международната база данни на AAVSO; май 1994 г. до август 2023 г. |
Някои от краткотрайните явления в светлинната крива на AM Her могат да се обяснят с орбиталното движение на двойна система с период 3.1 часа. Орбиталният период от 3.1 часа е открит в AM Her от затъмнителните светлинни промени, силно променливата линейна и кръгова поляризация и периодичните промени на радиалната скорост в линиите H и He (Hoffmeister et al 1985). Liller (1977 г.) обяснява два вида оптични вариации, свързани с орбиталното движение, които се наблюдават в AM Her.
 |
| Светлинна крива във V и B на AM Herculis за интервал от 6.4 часа, получена при наблюдения с 6-инчов астрограф от с. Мещица на 3 юли 2023 г. Двата дълбоки минимума маркират орбиталния период от 3.1 часа. |
Първо, звездата червено джудже се изкривява в яйцевидна форма от привличането на нейния спътник, към който сочи дългата ос на "яйцето". Когато виждаме нормалната звезда откъм дългата страна на "яйцето", тя изглежда малко по-ярка, отколкото откъм краищата. Следователно, докато цялата система се върти, има два по-слаби максимума на яркостта и два минимума на период, от които единият по-плитък, а другият - по-дълбок. Второ, понякога се наблюдават колебания на яркостта, дължащи се на нагряването на повърхността на червената вторична звезда от рентгеновите лъчи, излъчвани от колапсиралата звезда. Тази "гореща точка" периодично се губи от погледа от далечната страна на въртящата се нормална звезда. Освен това краткотрайните светлинни колебания, описани по-рано като "непрестанно трептене" (фликеринг), се дължат на турбулентния характер на преноса на маса от вторичната звезда към бялото джудже (Hellier 2001).
Поляризирана светлина
Наименованието полар е въведено от полските астрономи Кшемински и Серковски (1977 г.) за AM Her и свързаните с нея обекти поради силната и променлива линейна и кръгова поляризация в светлината на тези звезди. Нормалната светлина е съставена от електрически вектори, които са подредени произволно (винаги перпендикулярни на посоката на движение). Поляризираната светлина, за разлика от нормалната, е съставена от електрически полета в посока, която не е случайна. Ако електрическите вектори на набор от фотони са насочени в една посока, тогава се казва, че излъчването е линейно поляризирано.
 |
| Фиг. 1. Линейно поляризирана светлина. Електронът в системата АМ Her се върти спираловидно около линията на магнитното поле, като предизвиква циклотронно излъчване. Кредит: Hellier 2001 |
 |
| Фиг. 2. Когато линията на полето се гледа отстрани, видимото движение на електроните е нагоре и надолу, като се получават фотони, които са линейно поляризирани в тази посока. Кредит: Hellier 2001 |
Нека си представим, че гледаме линията на полето в профил (Фигура 2). От тази гледна точка електронът, който се върти спираловидно около линията на полето, ще изглежда като осцилиращ перпендикулярно на линията на полето. Произведените от това движение фотони винаги ще имат електрически вектор в посоката на това трептене и така светлината ще бъде линейно поляризирана.
 |
| Фиг. 3 Когато гледаме директно към линията на полето, видимото движение е кръгово и произвежда кръгово поляризирани фотони. Кредит: Hellier 2001 |
Сега нека си представим, че гледаме в лице (Фигура 3). Електронът ще изглежда, че се върти в кръг, и така електрическият вектор на излъчените фотони (който следва движението на електрона) ще се върти непрекъснато, очертавайки кръг. За такава светлина се казва, че е кръгово поляризирана.
По този начин движението по линиите на полето излъчва линейно поляризирана светлина, перпендикулярна на линията на полето, и кръгово поляризирана светлина по линията на полето. Този вид излъчване се нарича циклотронно излъчване, защото спираловидните електрони излъчват фотоните, които виждаме. Тъй като циклотронната емисия може да достигне до половината от общата светлина на звездите от AM Her, този вид обекти са едни от най-поляризираните на небето (Hellier 2001).
Светлинни криви на AM Her в B и V, получени с 6-инчов астрограф на 17 и 18 август 2023 г., с. Мещица
Текстът е базиран на статията AM Herculis, публикувана на английски от AAVSO
Коментари
Публикуване на коментар