Осесимметричные стационарные течения в астрофизике, Бескин В.С., 2006

Осесимметричные стационарные течения в астрофизике, Бескин В.С., 2006.
   Книга посвящена методу уравнения Грэда-Шафранова, позволяющему на достаточно простом языке описывать идеальные осесимметричные стационарные течения, которые могут иметь место у самого широкого класса астрофизических объектов.
Для студентов и аспирантов ВУЗов, обучающихся по специальности «астрофизика».

Астрофизическое введение — аккреция на компактные объекты.
Вопрос о гидродинамической аккреции и эжекции находится в центре внимания астрофизики компактных объектов с самого начала ее возникновения. С ним связаны, например, проблема активности галактических ядер и квазаров [Зельдович, Новиков, 1967а], механизм образования и устойчивости струйных выбросов [Бегельман, Блендфорд, Рис, 1987; Торн, Прайс, Макдональд, 1988], а также природа галактических рентгеновских источников [Сюняев и др., 1991; Mirabel et al., 1992).
Последовательная теория таких течений была заложена еще в сороковых-пятидесятых годах, когда X. Бонди и Ф. Хойл подробно исследовали задачу о трансзвуковой аккреции идеального газа на гравитирующий центр [Bondi, Hoyle, 1944; Bondi, 1952], аЕ. Паркер рассмотрел сферически-симметричное трансзвуковое истечение изотермического газа (Parker, 1958]. Особого же расцвета теория гидродинамической аккреции достигла после обнаружения в начале семидесятых годов галактических рентгеновских источников, связанных с аккрецирующими нейтронными звездами и черными дырами солнечных масс, а также квазаров и других активных галактик, в центрах которых, как полагают, находятся сверхмассивные черные дыры. Тогда стало ясно, что основным источником активности всех перечисленных объектов является гравитационная энергия, выделяющаяся при аккреции.
Оглавление
Предисловие
Введение
Глава 1. Гидродинамический предел — классические задачи аккреции и эжекции
1.1. Астрофизическое введение — аккреция на компактные объекты 1.1.1. Аккреционные диски (14). 1.1.2. Стандартная модель (18).
1.1.3. ADAF, ADIOS и другие (21).
1.2. Основные свойства трансзвуковых гидродинамических течений 1.2.1. Основные уравнения (23). 1.2.2. Сферически-симметричное течение (25). 1.2.3. Плоское потенциальное течение (28).
1.3. Осесимметричные стационарные течения — нерелятивистский случай
1.3.1. Основные уравнения (34). 1.3.2. Математическое интермеццо — ковариантный подход (35). 1.3.3. Структура двумерного течения (37). 1.3.4. Аккреция Бонди-Хойла (45). 1.3.5. Истечение из медленно вращающейся звезды (50).
1.4. Осесимметричные стационарные течения в окрестности черной дыры
1.4.1. Физическое интермеццо — (3 + 1)-расщепление в метрике Керра (57). 1.4.2. Основные уравнения (61). 1.4.3. Точные решения (65). 1.4.4. Аккреция Бонди-Хойла — релятивистский режим (68). 1.4.5. Аккреция на медленно вращающуюся черную дыру (70). 1.4.6. Аккреция вещества с малым угловым моментом на невращающуюся черную дыру (72). 1.4.7. Тонкий трансзвуковой диск (78).
1.5. Заключение
Приложение
Глава 2. Бессиловое приближение — магнитосфера радиопульсаров
2.1. Астрофизическое введение
2.2. Основные физические процессы
2.2.1. Вакуумное приближение (95). 2.2.2. Рождение частиц в сильном магнитном поле (99). 2.2.3. Структура магнитосферы (102).
2.3. Генерация вторичной плазмы
2.3.1. «Внутренний зазор» (106). 2.3.2. Поверхность нейтронной звезды (110). 2.3.3. Распространение гамма-квантов в сверхсильном магнитном поле (111). 2.3.4. Эффекты общей теории относительности (112). 2.3.5. Генерация частиц в магнитосфере (115). 2.3.6. Модель «полого конуса» (116). 2.3.7. Генерация вторичной плазмы—«внешний зазор» (121).
2.4. Пульсарное уравнение
2.4.1. Бессиловое приближение. Параметр замагниченности (121). 2.4.2. Удобная запись электромагнитного поля. Интегралы движения (123). 2.4.3. Уравнение Грэда-Шафранова (126).
2.4.4. Математическое интермеццо —квазистационарный формализм (129).
2.5. Энергетические потери пульсаров
2.5.1. Механизм токовых потерь (132). 2.5.2. Торможение наклонного и ортодогонального ротатора (135).
2.6. Структура магнитосферы
2.6.1. Точные решения (144). 2.6.2. Структура магнитосферы с продольными токами (158). 2.6.3. Модели магнитосферы (166).
2.7. Заключение
Глава 3. Бессиловое приближение — магнитосфера черной дыры
3.1. Астрофизическое введение — центральная машина в ядрах активных галактик
3.1.1. Возможные механизмы образования черных дыр (175).
3.1.2. Природа активности и переменность (177). 3.1.3. Замагниченный аккреционный диск (178). 3.1.4. Генерация регулярного магнитного поля (180).
3.2. Основные уравнения
3.2.1. Электромагнитное поле и (3 + 1)-расщепление (184).
3.2.2. «Теорема об отсутствии волос» (185). 3.2.3. Вакуумное приближение (189). 3.2.4. Бессиловое уравнение Грэда-Шафранова в метрике Керра (192). 3.2.5. Рождение частиц (198).
3.3. Механизм энерговыделения
3.3.1. Процесс Блендфорда-Знайека (199). 3.3.2. Физическое интермеццо — термодинамика черной дыры (204).
3.4. Структура магнитосферы черной дыры
3.4.1. Общие свойства (207). 3.4.2. Точные решения (209).
3.4.3. Модели магнитосферы (216).
3.5. Заключение
Глава 4. Полная магнитогидродинамическая версия — ускорение частиц и образование струйных выбросов
4.1. Астрофизическое введение — коллимация и ускорение частиц
4.1.1. Радиопульсары (222). 4.1.2. Активные галактические ядра (226). 4.1.3. Молодые звезды (230). 4.1.4. Микроквазары и космологические гамма-всплески (232).
4.2. Основные уравнения
4.2.1. Физическое интермеццо — магнитогидродинамические волны (234). 4.2.2. Общий случай релятивистского течения (239). 4.2.3. Нерелятивистское течение (250). 4.2.4. Случай анизотропного давления (253).
4.3. Общие свойства
4.3.1. Некоторые полезные соотношения (257). 4.3.2. Альфвеновская поверхность (261). 4.3.3. Быстрая магнитозвуковая поверхность — релятивистский случай (263). 4.3.4. Быстрая магнитозвуковая поверхность — нерелятивистский случай (271).
4.3.5. Поведение решения на больших расстояниях (276).
4.3.6. Поведение решения вблизи горизонта событий (282).
4.3.7. Анализ алгебраических соотношений (287).
4.4. Точные решения
4.4.1. Цилиндрические струйные выбросы — бессиловое приближение (291). 4.4.2. Цилиндрические релятивистские струйные выбросы (296). 4.4.3. Цилиндрические нерелятивистские струйные выбросы (311). 4.4.4. Радиальный замагниченный ветер (316). 4.4.5. Магнитосфера черной дыры (333).
4.5. Другие методы исследования
4.5.1. Автомодельные решения (346). 4.5.2. Результаты численного расчета (352).
4.6. Заключение
Заключение
Список литературы.