Нестационарные высокотемпературные процессы и ударные волны в космической плазме тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

Р Г 5 ОД 1 О МАР 1ЙЯ7

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ГОЛОВНА АСТРОНОМІЧНА ОБСЕРВАТОРІЯ

та правах руюпису

УДК 524.3-85

ГЬатпі Богдаа Ішшович

НЕСТАЦІОНАРНІ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНІ ПРОЦЕСИ ТА УДАРНІ ХВИШ В КОСМІЧНІЙ ПЛАЗМІ

Спеціальність 01.03.02 - астрофізшса, радіоастрономія

АВТОРЕФЕРАТ дисертації па пдобуття вченого ступеня доктора фіанго-математичних паух.

Київ - 1997

Дисертацією Є руХОПЕС.

Робота виховала в Інституті прихдаднпх проблем мєхашхн і матеиатпхп ш. Я.С.Підстригача НЛН України.

Офіційні опоневтя:

дохтор фіояхо-иатеиатвчяях ааух,

професор Конторо»щч Віктор Мойсеевім

доктор фшшсо>матеиатнтшЕХ наух,

професор Скульський Михайло Юліаноеич

чден-хореспоіідент НАН України, дохтор фізико-математичних наух, професор Фомін Петро Іванович

Провідна оргатватія (підприємство):

Астровоиічпа обсерваторія Національного університету імені Т.Г.Шевченій, м. Київ

Захист відбудеться р.Еа оасідакні

спеціаіізоьаиої вченої рада Д01.74.01 при ГЬловній астрономічній обсерваторії НАН України (252650, Ктв-22, Голосіїів), початокодгідаяяяо .Я...горща.

0 дисертацією можна оапааошгтпся у бібліотеці Головної . астрономічної обсерваторії НАН Ухраїня -

(252650, Кяїв-22, Голосив).

Автореферат рооісяанян . п^.^/?^??1997 р.

Вчешш секретар спеціалізованої вченої рада

кандидат фіопхо-матсматнчпнх наух Гусєва. Н.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Визначальною рисою сучасних теоретичних моделей опачної кількості астрофізичних явищ е дипаміч-пий стан речовини, о якої складається об”ект. Фізичні процеси в космічній плаомі часто супроводжуються швидким логадіооваїшм виділенням значної кількості теплової енергії, що приводить до виникнення інтенсивних рухів високотемпературної нестаціонарної плао-ми та породжує ряд характерних спостережуваних проявів таких явищ найрізноманітнішого масштабу - від сонячних спалахів до утворення великомасштабної структури Всесвіту. Тому від ступеня адекватності опису гідродинамічної частини моделі прямо салежить достовірність моделей в цілому.

Важливою особливістю рівнянь космічної газодинаміки є їх пе-ліпійність, що приводять до існування особливих (розривних) ро-вв”язків - ударних хвиль, що переміщаються по пеабуреному газу з надзвуковою швидкістю. В типових астрофізичних умовах, які характеризуються, як правило, низькими гуетапами плазми і значними ґрадісптамп температур та: тисків, ударні хвилі виникають відпоспо легко і відповідальні оа цілей ряд явищ • від обурепь міжпланетної плазми до формування спіральних рукавів галактик та коміркової структури просторового рооподілу галактик та скупчень галактик.

Таїли чипом, якісний рівень побудова самоуогоджсицх моделей багатьох астрофізичиих явшц вгапачастьса якісним рівнем гідроди-памічпої частини моделі, так що прогрес в їх вивченні можливий тільки при відповідному розвитку гідроДИПІМІЧпої теорії. Тому

Мстою нашої робота є розробка теоретичних методів опису нестаціопарпих високотемпературних процесів в космічній плазмі та їх застосування до побудова ударно-хвильових моделей астрофізичних явищ, що включає:

- побудову пових наближених аналітичних методів опі»су руху ’ ударних хвиль в довільно неоднорідних середовищах;

- застосування роороблеиих методів до дослідження еволюції залишків наднових оір, релятивістських ударних хвиль в наднових зорях типу 1а та великомасштабних космологічних флуктуацій.

Методи дослідження

В роботі використані аналітичні та. чисельні методи дослідження ріанянь космічної газодинаміки, математична теорія випадкових гаусівських флуктуацій та теорія обернених оадач. Достовірність отриманих аналітичних результатів підтверджена уогодженістю в часткових випадках а відомими розв”коками, чисельних - тестуванням програм. .

Наукова новиохіа: ,

- запропонована нова адроксдмаційна формула для опису руху сильної адіабатичної довільно релятивістської ударної хвилі в середовищі о довільним рооподідом густина;

-пап основі розраховано енергетичний спектр частинок плазми, гідродинамічно прискорюваних релятивістськими ударними хвилями (механізмом Код гейта);

- одшснша. модифікація наближеного аналітичного методу Лоум-

баха - Пробстішц .

- запропоновано совай ш&шжєшш аналітичний метод повного тривимірного гідродяпамічпого опису миттєвого вибуху в середовищі а довільним розподілом густппи;

- знайдено нові аналітичні розвозки рівнянь динаміки оболонки, що видувається ооряшш (галактичним) вітром в акреціппому потоці;

• проаналізовано еволюцію видимої форми залишків Наднових в різних типах неоднорідності міжзоряного середовища і показано, що вона не є достатнім арґумептом для оцінки ступеня ізотропності вибуху та однорідності навкопоооравого середовища;

- зішйдоно аналігачшш розвп£оог задачі про еволюцію форми залишку при спалаху Наднової біля границі розділу фаз міжзоряного середовища;

- сперте проведено моделювання еволюції поверхневої яскравості нссфсрнчних залишків Наднових в різних енергетичних інтервалах [хлш'енівського діапазону при спалахах Наднових в міжзоряному середовищі з великомасштабним Градієнтом густини;

- отримано вові, більш коректні характеристики релятивістської у.чарпої хвилі в момент її всзгоду на поверхню білого карлика при гяалаху Наднової типу 1а та розраховані сностережувальаі характеристики зумимевого виходом спалаху Гамма - випромінювання;

- отримано нові, більш коректні оцінки загальної кількості та «л-ргетвчного спектру речозішп зовнішніх шарів білого карлика, гід-

з

родинамічпо прискореної до релятивістських швидкостей, що дає nosy верхню межу па ефективність механізму Кодгейта в прискоренні космічних променів;

- (запропоновано новий механізм Операції потужних спалахів ґам-ма - випромінювання яі результату попружних нуклов-нуклонних взаємодій між прискореними ч&стиціама оболонки оорі і частннхами-мішепями павжолоооряного середовища та подальшого роопаду породжуваних при зіткненнях нейтральних тонів;

- покапано, що особливість великомасштабного поля пекулярних швидкостей галактик в охолі Місцевої групи - Великий атрактор -найбільш пряродпьо пояснюється результатом еволюції рідкісного великомасштабного висохоамцдітудного піку ч випадковому гаусівсь-кому полі первісних космологічних флуктуацій густпнг;

- розраховано інші (крім кінематичних) спостережувальпі прояви існування атракторо-подібиих флуктуацій, похрема зумовлювані ними флуктуації температури реліктового випромінювання, та показано, що останні можуть служитп новим ефективним тестом існуючих космологічних моделей;

- вперше роогланута та в першому даблшкенпі розв 'язана ’’обернена задача космології” про відтворення спектру початкових (пісдя-рехомбіпацшпкх) флуктуацій густини на основі всієї сукупності даних щодо великомасштабної структура Всесвіту;

- запропонована нова модель великомасштабного поля пекулярних швидкостей галактик в о^ояі Місцевої групи як результат спільної дії гравітаційного поля надскунченвя Гідра-Кентаор та великомасштабної флуктуації швидкості.

Наукова і прагтячна оиачлмість роботпг.

1. Запропонований наближений аналітичний метод, який дозво-

ляє о високою точністю описати повну гідродинамічну картину миттєвого вибуху а довільно неоднорідному середовищі, може бути використаний в широкому класі одно-, дао- та тривимірних пеавтомо-дельних задач. 1

2. Проведене узагальнення гідродинамічного механізму прискорення частинок плазма до релятивістських швидкостей (механізму Колгейта) на випадок руху релятивістської ударної хвилі в середовищі з довільним достатньо швидким падінням густини дозволяє проводити оцінки його ефективності в різних астрофізичних умовах -оболонках нейтронних зір, ядрах активних галактик тощо.

3. Передбачений в роботі спалах ґаммагвинромшюиашш, що супроводжує явище Наднової тану Іа, може бути використаний в цілях патрульних спостережень за вкп ай раніш им виявом початку спалаху Наднової в нашій Галактиці та в її найближчих сусідах.

4. Результати розрахунку еволюції залишків наднових оір в неоднорідних середовищах дають теоретичну-базу дая інтерпретації сиостережувалих даних про особливості розподілу рситґсиівської поверхневої яскравості анізотропних залишків, отриманих на працюючих чи планованих до запуску орбітальних рентґепівських обсерваторів (НОЭАТ, СНЕКТР-РҐ та ін.).

5. Відтворений в роботі по сукупності спостережуваних даних феноменологічний спектр потужності початкових флуктуацій густини та розраховані очікувані флуктуації температури реліктового ви-проышюваппя, викликані атракторо-подібними флуктуаціями, можуть служити новими тестами існуючих космологічних моделей.

С. Розроблений комплекс програм чисельного дослідження динамічних процесів в двокомпонентному середовищі о гідродинамічним описом баріонного, газу та Гі-тільшш описом бєззіткшоваль-ної темної матерії може бути застосований до дослідження широкого класу задач космології (еволюція падскупчспь та скупчень галактик, об”єктів масштабу Великого атрактора тощо) та космогонії (взаємодія зоряного (оульсарного, галактичного вітру) о оточуючим середовищем, колапс протозорягіях (протогалактичнпх) хмар тощо).

Основні положения, що викосяться на оахнет.

1. Новий наближений аналітичний метод повного гідродинамічного опису миттєвого вибуху в довільно неоднорідному середовищі.

2. Дослідження еволюції пссфернчпих залишків наднових оір в середовищі з великомасштабним Градієнтом густина.

3. Новий механізм ґенерації спалахів йшма - випромінювання, пв"станин о виходом релятивістської ударної хвилі на поверхню білого карлика - попередника Наднової типу 1а та пенружвою взаємодією гццк> динамічно прискореної речовини з нвлголозоряним газом.

4. Гідродинамічна модель Великого атрактора як великомасштабного тшкоампдітудного піка у випадковому і&усівському полі космологічних флуктуацій густили.

5. Нова модель ноля великомасштабних пекулярних швидкостей і'йпаїтць ь окаті Місцевої групи.

Особистий вклад автора. Основні результати, викладені'в дисертаційній роботі, отримані автором самостійно. В дослідженнях, вихованих в співавторстві, авторові паленіть постапозкн задач та рівна участь в їх рооз”яоанні чи формулювання та дослідження гідродинамічного аспекту проблема.

Апробація роботи. Основні результати дисертації доповідались па засіданні робочої групи ’’Фізика міжзоряного серсдовшца” (Москва, 1986,1988), па Всесоюзній гравітаційній конференції (Москва., 1986), на XX Міжнародній конференції по фізиці плазми (Київ, 1987), на Всесоюзній конференції "Фізика міжзоряного середовища та туманностей” (Дрогобич, 1937), на ііалшсько-радяпському симпозіумі по космології та релятивістській астрофізиці (Тііраізсре, Естонія, 1989), па II Всесоюоній робочій параді ’’Релятивістська астрофізика і космологія” (Київ, 1988), па нарада по релятивістській астрофізиці та космології, присвяченій пай”яті В.М. Шварцмаиа (САО РАН, Нижній Архиа, Росія, 1991), па XIII Краківській літній шкоді з космології (Лодоь, Польща, 1992), па II з”юді Європейської Астрономічної Спілки (Торупь, Польща, 1993), па Міжнародному симпозіумі ’’Сиостережувадьна космологію” (Мілап, Італія, 1992), па Міжнародній конференції ’’Фіопка в Україні” (Київ, 1993), на об”єднаному астрофізичному семінарі ГГФ, ГАО та КДУ (Київ, 1982), на астрофізичних семінарах ГАО Н АН України (1994), ІТЕФ (Мосхпа, 1982), ІКД РАН (Москва, 1988, 1991, 1992), ДАШІ (Москва, 1990), ФІАН (Москва, 1990), Національної лабораторії в Гралі Сассо (Асер-джі, Італія, 1994, 1995, 1996).

Структура роботи. Робота складається із вступу, шістьох рооділш, висновків та двох додатків. Загальний об”гм дисертації складає 295 сторінок, включаючи 68 малюнків, 15 таблиць і список використаних літературних джерел о 290 найменувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

У Вступі обґрунтована актуальність проблеми, вказана мета роботи та перелічені осповиі кроки, ороблені в роботі для її реалізації, відмічена наукова повизна отриманих результатів, сформульовані положення, що виносяться на захист.

В Рооділі 1, який носить оглядовий характер, приведені реоуль-тати досліджень скачків параметрів на фронті сильних адіабатичних

ударних хвиль, на яких ґрунтуються дослідження, викладені в на-стушшх розділах.

В §1.1 приведені термодинамічні характеристики космічної плазми та умови на фронті ударної хвилі.

В §1.2 розглянуті скачки нарам стрів на фронті ударних хвиль о випромінюванням.

В §1.3 приведені параметри іоніоаційно-дисоціативних ударних

ХВИЛЬ. - ' . .

В §1.4 про аналізоване використання показників адіабати недосконалого гаоу в теорії ударних хвиль. .

В §1.5. оцінена роль теплових хвиль як альтернативного до гідродинамічного (ударно-хвильового) механіоу переносу енергії нри нестаціонарних процесах.

В Рооділі 2 досліджені закономірності руху сильних адіабатичних ударних хвиль а пеоднордоих середовищах.

В §2.1 приведено огадд робіт, присвячених знаходженою апалітич-пих роов”яаків різнахіь космічної газодинаміки стосовно поширення сильних адіабатичних ударних хвиль в неоднорідних середовищах. Показано, що як точні (автомодельні) розв”язки у випадку степеневого (включаючи однорідний) (Седов, 1981), експоненціпного (Рай-оер, 1964) та політроппого рооноділів (Сакураї, 1960), так і наближені аналітичні метода Бріпкді-Кірхвуда, 1947 та Чізнела-Уїзема, 1977 приводять до степеневої залежності швидкості ударпої хвилі від іустина павколиншього середовища р°(г) та координати фронту г плоскої (N=0), циліндричної (N=1) чи сферичної (N=2) хвилі. Проаналізована формула Каплааа, 1967 Л(г) ~ (/><’(г')»-лг)-I/'',, що апрок-симус згадані вище роов”изки, отримані наближеними аналітичними методами, на доеільнпй рсододід густини та відмінна її незастосовність до раду астрофізично важливих випадків, зокрема до слабо неоднорідних середовищ.

В §2.2 приведені результати досліджень закономірностей руху сильних ударних хвиль в неоднорідних середовищах, що мали на меті оааходжсшія такої апроксимації дія опису швидкості ударної хвилі, яка б володіла достатньою точністю у випадку довільного (овичайно, достатньо гладкого) рсодошлу густиш і, в топ же час, узгоджувалась з автомодельними роовпяокамв в межах їх застосовності. Запрооо-

новапа валіз о !.А.Клам2пдашш, 1934 апроЕСЕмадійпа формула * D{r) = ccnst(p°(r)r"+')->, Щ. = -fc(4£ +(N4- ї)~),

■

’-/V2 яі*(г)<і¥ + і,

я 11/5 m*(r) >// + !,

т*(т)=—dlnpP{r)[d]ar > N + 1, узагальнена па пдпздо: переходу ударноїхвалі з рехго jy прпс"орекпл до сдавільвенна (Надьозін, 1031, Шєзалье, 1932), голо перебудові фроатусризодзть до впаченпя параметра к ~ 0.2, характерного дая хваль гцо прасгорюгатьсз. Перехідний реі’іііи снсзільдепая а 1: « 0-2 триватиме доти, догш швадхість ударної хвзлі не вртаястьсд з Ссдопсьзям значенням £>д і вже далі сповільнення списуватиметься значенням к — 0.5:

& = 1/5, япдо пг’(г) < // +11 jD(r) < Д*.

Tare розширення доз позве застосовувати апроЕСПнаційну формулу паЕІть у випадку роорпзпнх розподілів початкової густіпіи, от, цаариїлад, для дослідлгешіз'спалаху Наднової білз. гралпці двол фаз ьіикоораїзого середовища (§4-3).

В §2.3 щеядость ударної хвилі шракепа через епершо взбуху та густішу назгалншпього середовпща. . ’

В §2.4 проаналізовані заговсмірпості руху ультрарелятпвістсь-еїе ударнпх хвиль, отримані аналітичними та чдссльнзін: методами. Вказано па існування тісної етлогії ї~Ьї оахотшрпостхгмп руху перелятввістсьЕлх тз ультрарелгтавісгськаг ударная' хнпль, ідо деаволге узагальнити сапродапоЕзпу вжцо апрозссимап^йпу формул;/ ва випадог довільно реляташістсьпп: удзрлпх хвадь, що рухаються а початково перелятпзістсьгіл плазмі о дозільшш розподілом густнпл

р°Сг);

Г0=«mrf.(p°(r).r"+1)"\

де Д = £>/с, с - швидкість світла, Г = (1 — /32)-,/2. Дла вгнадау утворення удзрпої хвилі при миттєвому вибухові постійна в алроі-самаціппій формулі виражена через енергію вн(гузсу В0 на основі автомодельного розвплз2у Бдепдфорда та МахКі, 1976 для ультрарелз-тявістсьеої ударпої хепяі const=(2/(3-f-N))^jE0faACl. Відагічено, що запропонована апрсилшацшпа формула співпадає о автомодельними розв”яокамп та блпзьга до результатів чпсєльшїх і аналітичних

досліджень в двох крайніх границях переяятивістських і ультра релятивістських ударних хьлль. Тому її ножна використовувати для розрахунку руху довільно релятивістських ударних хвиль, в тому числі і для опису переходу між релят ивістським та нерелятивістським режимами руху.

Запропонована апроксимація використана дяя оцінки енергетичного спектру речовици, гідродинамічно прискореної ультраредяти-вістською ударною хвилею. Показано, що гідродинамічний механізм прискорення космічних променів, запропонований Колгейтом та Джонсоном, 1960 гая випадку руху релятивістськоїударної хвилі в політрон-ніп оболонці білого карлика-попередника Наднової Іа, нас універсальний характер: при будь-якому достатньо швидкому паданні густиш спектр мас стеншевий характер о близьким до спостережуваного в космічних променях значенням у і слабо залежить від конкретного початкового розподілу густипи - тільки через т(г):

. ЩЕ) ~ і?~ійА(т(г))-‘ ~ БГ"7,

де 7 = У-І- 7”, = (£Ь 4 1 )/кЬ, т” = йІптп/й\пЕ, Ь = 2.0(2.73) при

плоскому (сферичному) розширенні в вакуум прискореної речовини.

В Розділі 3 розроблено рад шЗшшених аналітичних метода опису нестаціонарних вабухоподібпих процесів в космічній плазмі.

В §3.1 та §3.2 приведено огляд робіт, присвячених побудові наближених аналітичних штодш спасу рузу ударних хсиль в неоднорідному середовищі. Проаналізовані точність та модифікації наближених аналітичних метода Брівка і- К ірхву да, 1947 та Чізпела-Уїзема, 1977.

В §3.3 адйснено узагальнення методу Яоумбаха-Пробстіна, 1968, единого о набликсЕИх гшаліхичнвх методів, що дозвоаяс розраховувати цс тільки траєкторію ударної хвіщі, але й термодинамічні та кінематичні харахтсристваа газу у всій обуреній області, використовуюча секторне шЙдпшщіш для траєкторій елементів газу. Для цього запропонована процедура розрахунку вищих поправок в розкладах функцій в рада біла фронту ударної хвилі та дано повний аналітичний опис квадратичного ш&шшеїшя. Крім цього, для покращені^ точності методу закон руху ударної хвилі запропоновано ^враховувати на основі обговорюваної вище апрохсимаційцої фор- . мули. Проведено тестування запропонованих модифікацій, яке показало, що у випадку точкового вибуху в ешоненційшй атмосфері лінійне та квадратичне наближення о використанням апроксимацій-

иої формули дал розрахунку траєкторії фронту володіють точиіто, близькою до точності чисельного методу па практично важливому інтервалі перепаду густшш. -

ІЗ §3.4 оапроподавало позип метод повного гідродинамічного опису миттєвого вибуху в. середовищі о довільним достатньо гдддкки розподілом густини, який ґрунтується па’ поєднанні переваг двох існуючих підходів нря побудові наближених методів: розрахунок невідомих характеристик течії п околі фронту ударної хвилі здійснюється аналогічно до методу Яоумбаха-Пробстина, а н нейтральній об.;аілі

- апалогічпо до методу топкого шару (Чорний, 1957, Компанієць, I960). В запропонованому метода повний опис миттєвого вибуху в дозільно неоднорідному середовищі включай два етани. Перший включає розрахунок еволюції фронту ударної хпиаі и;і допомогою апрохспмацшпої формула п райках секторииго паближьч.^. Другий етап відповідає Ьа визначення параметрів газу всередині обуреної області. Він ґрунтується па використанні опайдепого па попередньому етапі oasouy руху ударної хвилі о даному секторі. Шукані функції розкладаються в ряди в околі фропту та о околі центру вибуху, і відтак одійсшоеться ошкванпа обидвск розкладів. Коефіцієнти розкладів біля фронту визпа'ізі>'-.г:-пі законом руху ударної хвилі в даному секторі, а в околі центру вибуху - умовою постійності (відсутності просторового ґрадіента) тиску, -

Важливим новим моментом е те, що величина .тиску в центральних областях приймається, однаковою для всіх секторів та Еиапа-часться з умови, що відношення т] тиску п центрі вибуху Р(0, t) до середнього опачеппя густини еаергії у збуреній області E0jVM{t) не змінюється о часом та рівне автомодельному вначенню цього відношення для однорідного середовища rj — P((i,t)Vrct(t)/E0 = tja. В результаті цього ми виходимо оа межі секторного наближення прн розрахунку параметрів газу всередині обуреної області і наближено враховуємо перерозподіл енергії між секторами у випадку анізотропного вибуху чи неоднорідного с.ередовища.

В §3.5 представлені результати аналітичного досліджепня гідродинамічної моделі широкого класу астрофізичних задач, "ч”яоаппх о походженням оболонкових структур навколо центральних об’єктів (планетарні туманності, оболонки навколо ОВ-зір, залишки наднових з активним пульсаром в центрі, оболонки навколо Е-гаяахтик, коміркова (чарункова) структура Всесвіту у вибуховій моделі тощо), в якій зовнішнє середовище взаємодіє о речовиною, що пснерервио

шхкас о центрального об^сата (модель вітру о центрального джерела) (ЛооинсьЕа, 1626, Бісдосатнй-Когаа і Сплач, 1995). В наближенні тонкого шару модель взаємодії вітру о оточуючим середовищем узагальнена на врахувати динамічного етапу (нестаціонаряості) та негоііогеавості (фрагментарності) оточення, а також багатокомпо-вентності граштаціішосо шяш (баріопаа сіладова, темна матерія тощо.) Показано, що ріваяппя динаміт оболонки в стаціонарному ахредіпаоиу потоці допускають в раді випадків існувапня автомодельних (степеневій) рооа"яогів. При цьому степеневі роов”жди рівнянь стаціонарної агрецц уоагодьшоють адіабатичну акрецію Боиді, 1952 на Бинадоа просторогсго розподілу гравітуючої маси (так що М(г) в Матт^ та ерагувашія охолодженая гаоу внаслідок втрат на випромінювання, аге досягається де цілою опачпого обмеженая па допустимі параметра вигідної моделі. Рівняння руху підтримуваної вітром оболонки в тааоліу а_редійному чи вітрозому потоці також мають степеневі роав”£згиц Д, ~ і2/У~т)} якщо потужність вітру

• ' ' гГст-і) ■ ■ ■

оміпюсться по сикоцу Ь\У **> І .

В Розділі 4. домідасЕасьойюдш несфсрачннх залишків наднових оір в ссрсдопиді о всзшюьаласхсбаим ґрадіснтом густини.

В §4.1 приведеш сштесрсгумдьпі дані щодо видимої форма оа-ашнгі» падвовп:; сір, яп саідїьті) про к ссреаашзу несферичність. Роогазвуто сучасний Сїап теоретн'зиого моделювати еволюції дао, та 'еравшаршг оааааїі», їДдгііїєяї обздсяювальні труднощі прямого 2В- та 3^вод2Ш2С2й£ ера фрутиоіяі іоаіааційага та теояозої рішокіГії, ройлзаь вгїі'їїЗЬШім сагорасталня достатньо точних, набавленая рсзраззггсу гідзсданамічаої частина подолі.

В §4.2 оа йзпсаагсго ьгщюсоаоаапоуо в §3.4 методу досліджена еволюція фор&з еггашгу сса ез^газу Нададаи в середоппщі о всаа-юмасаіайЖі їр»Й5аїсг4 іустаязи Ввансоо співісцувашш майже сфсріЗЧПОї ЕЗДШХОІ форка. сй^ЕЗізу о різкою алівотрошєю розподілу параметрів васр‘^і2І рглксгу і, согреьій, садовії, його краю. Так, пасіть тоді, «олз-рехадіра сгигжзу з с-ссошицІЗпій атмосфері сягають 4.6 ліійцп-зШз вперта, що дцдадідег пересаду початкової густини в

100 разів, еуртаедде вз^шої форма оалзішзу гід сферичної схладас ісього біда 5%. Прв цьому сфсглі проекції на картинну площину иоауть тільна амешвита несферичність* . .

Ііогаашіо, що найбільше анізотропія проявляється в розподілі реа-тЛ-нівсьші поверхневої вофавасхі, в цента'п мірі - в розподілі густи-

ни, ще меншій - температура і найменше - в швидкостях ударпої хвилі И та гаоу :іа фроитом V*: П ~ V, ~ \/2Г. Тому коитраст рентгенівської поверхневої яскравості (пвичайио, 0 врахуванням можливих відхилень під Л’І’І* та іиших факторів) може служити найбільш оручпим критерієм мсодиорідцості середовища в ожолі оалишку. .

Н §1 .4 и рамках папрошшоиацої апроксимації руху сильної ударпої хнилі н неоднорідному середовищі «найдено аиаяіти'Ш',й р<хш’,яоок :шдлчі при спалах Наднової біла границі розділу фаа міжзоряного ссрслі/ііища

И розраховано рсаті’сиіпськс виаромінюиашд ыесферачиих .•иишнків шудюиих о середовищах о ріояіш початковим роааоділом густини. Оскільки меток» було оцінити очікувані контрасти поверхневої яскравості, пумовлені неоднорідністю середовища, розглядався випадки існування теплової та іоцЬаційцої рівноваги всередині залишку, хи'іиааирошщоцаний метод, який ґрунтується на використанні ;ш р«ш живих амішшх, дозволяє прослідкувати еволюцію кожного елемента галу всередині оалишку і, тим самим, провести розрахунки для нагального випадку відсутності теплової та іопіпаціішої рівновага.

Покапано, що контраст-поверхневої яскравості ц рентгенівському дітіапоці > 0.1 ксВ, пумовлеїшп неоднорідністю ссродоїшща, може коливатися в межах від » 2 (масштаб нисот Я = 150 пк, енергія спалаху Е0 — Ш^1 ерг, концентрація частішої МОС п0 — 1 см“3, вік палишку ( — 16500 років) для випадку гал акти чюто диску до ~ Ш7 (// - 3(1 пк, В» = Ш51 ерг, п„ - 0.5 см~3, і = 40800 років) для локальної неоднорідності, що ппачно перевищуй діалапод аміни яскравості (< і 0), обумовлений періццоиаікиоіо іопіаацісю у випадку однорідного ■ ередовища. IIрп ці,ому ріпні еііергетпгші діанапопи виявляють ріпну лалежнігть випромінюючої ядатпості під характеристик гарячого гачу, що дас пмогу використати карти поверхневої яскравості в ріпних діапазонах для діагностики характеру вибуху та неоднорідності середовища.

Н Ропділі 5 репультатй досліджень оакопомірноетєй руху релятивістських ударних хвиль, приведені и §2.-1, оастосовуються до іішічпши фі.-.ичшіх явищ, ;зи” изаїшх о виходом релятивістської ударної хвилі па поверхню білого карлика, в подвійних системах - предтечах Наднових зір тішу Іа, яокрема, я генерацією потужного спалаху йімма випромінювання.

В §5.1 приведено огляд гідродинамічного механізму прискорення космічних променів, ов”яоаного а виходом релятивістської ударної хішді на поверхню білого карлика (Колгейт і Джонсов, 1960) та показано, ще основні спостережувальні прояви такого прискорений слід очікувати від взаємодії прискорених частинок а иаїжолсхюрниок» речовиною.

В §5.2 приведена гідродинамічна модель акреційного потоку на білий карлик в подвійній системі - попереднику Наднової типу 1а. Розглянуто випадок вітрової акреції, коли білий карлик акрстус гаа

о зоряного вітру вторинного комнанйона (Кспйон та ін., 1993). В цьому режимі акреції вибух можливий у випадку початкової маси вуглецево - кисневого білого карлика 0.5 — 1.3 М© і темну акреції гелієвого газу М9 < 4 X 10~* М®/рік.

В пропононапіа моделі акрецію із ооряного вітру описано класичною тєорісю Гойда і Літлетона, 1939, чисельні оначєння параметрів в якій брались о врахуванням результатів чисельних розрахунків вітрової акреції Тама та ін., 1991.

В §5.3 розглянуто вахід релятивістської ударної хвилі на поверхню оорі та ав”взапай о шш спалах іїімма - випромінювання (іамма -нровісних). Чисельні роорахунки термоядерного горіння при спалаху Надаоїюї (Хохлоа та ін., 1993) ікаяують па ефективне прискорення виникаючої при цьому иерслятішістської ударної хвилі в зовнішніх шарах білого карліка внаслідок шиадаого падіння густини. Роогляд релятивістської стадії руху хвилі проведено о використанням апрок-снмаційної формула — сопзі • р~к, 0.2 < к < 0.232 та по-

чаткових нсрслятшцстсьЕих аа&чевь швидкості, ваятнх о чисельних розрахунків. ІІри цьому шгсимзльне свачешш відповідатиме

мінімальному сшачекшо р, срп іаому ударна хвиля все ще існує в зов-нішиіх шарах. Знайдено, що дош моделі компактного білого карлика п М$ = 1 ЛМ&, Нз = 1 х 103см (Г*л/Зад)тоІ = 9.0 і 20 для к = 0.2 •га к — 0.232, вїдпопідао. Дла моделі протяжного білого карлика а М5 — І.ОМ©, Лг = 1 х ІС^см (ГалД«л)тоі = 4.3 і 8.8 доя к — 0.2 та к — 0.232, відповідно,- Ці оначєння с суттєво меншими під отримапих в розрахунках Колгейта, 1984.

Після нроходжения елемента газу череа фронт вій отримує швидкість, дещо мсныу від швидкості хвилі, та нагрівається до високої темпера гурц. Таким чином відбувається перша стадія гідродинамічного прискорення. У випадку компактної моделі 2з“г=4.9 х 10®(7.4 х 103)/\ дая і- = 0.2(0.232) тоді як для нротяжиої моделі — 1.6 х

10®(2.2 x Ю8)# доя к = 0.2(0.232).

Момсцт виходу ударної хвилі на поверхню порі супроводжується спалахом ґіімма - випромінюваная, копа енергія радіації, що міститься в перехідній зоні фронту хвилі, виноситься фотонами вріаь про-сюрі зовнішні шари оорі. Характерна температура випромінювання блииька до температури суміші гапу і вшіромінгавашв па фронтом ударної хвилі. г1]рпвллість спалаху для віддаленого < ізостерігача иипца'іасться релятивістською оатрцикою приходу сигналу о рівних областей фронту: Дг^ = 4 х 10"6(7 х 10"®)с для k - 0.200(0.232). Ііроінтегрований в 'іаг.і потік енергії на віддалі г =з 10 как нідджсрела рівний ~ 2 х 10_8ерр/смг в компактній моделі э к — 0.2. Для протяжної моделі потік в ~ 10і рапів більший. Типоза епергіа фотонів в спалаху Е7 ~ ГгmazkTjUT ~ ЗОО(ЮОО) ксВ для випадку компактноїмоделі я к = 0.2(0.232). Тому існує можливість детеггуїшшя такого іішна

- провіспиха спалаху Наднових Іа типу в вашій Галактиці, оскільки ИЛТБЕ - детектор Комптопівської йлша - обсерваторії (CG110) мас поріг детектування ироівтегроїшюго по часі потоку ~ 10~7 орг/см2.

D §5.4 досліджено додаткове гідродинамічне прискорення поізиіиі-иіх шарів зорі при їх подальшому розширеній ”а вакуум” - в шівко-лоооряному середовищі, коли теплова енергія релятивістської шао-ми та робота внутрішніх шарів по розширенню трансфомусться із додаткову кінетичну енергію релятивістських частинок. В ультра-редятивістському випадку кіпцевий фактор Лорепда тастипок І’/ с степеневою функцією його и. в момент виходу ударної хвалі па поверхню: Г/ = Tj. де 6 = 2.73(2.0) для плоского (сферичного) розширення (Ельтгрот, 1972). Це приводять до формування степеневого енергетичного спектру прискорених частино* N(> Е) = КЕ*1'' , де т'}‘* = 3.3 для к — 0.2 та Ь = 2.0, і = 2.1 ДОЛ к — 0.232 і h — 2.73. Покапано також, що у випадку ко..шактної моделі фактор Лорснца прискорених ядер досягає значень І'/- ~ 100 — 1000. тоді як для протяжної моделі максимальне значення факторів Лоренца менше, Г/ ~ (10 - 100). Доля 10~9 -10~10 оаггільвої маси оорі прискорюється до Vf > 2. Повна кінетична енергія цпх частинок досягає Н)44 — 1045 ерг. Кінетична енергія субрелятивіетських частинок з Ек > 500 //«В/пуклои рівва 1045 — 104® ерг. ■

І) §5.5 досліджується взаємодія прискорених ударною хвилею частинок оболонки білого карлика з цавколоооряним газом та генерувавші головного іимма-спалаху внаслідок розпаду нейтральних піопів, породжуваних при пепружних розсіаапяхрр —»тг0 —> 77. Розрахуй-

ки генерації іїшма - фотонів виконані для двох енергетичних дЬша ооиів: В’£'п < Е« < Ес і Ек > Ес, де Е%"' = 0.41 еВ/нуклон та Ес = ЮІеВ/нуклон. Для області низьких енергій 0.4 — 10 ІеВ/пуклон роп-рахована загальна кількість фотонів з використавшім параметри оації експериментальних дншіх для перетину процесу ;>+;> —» оапропоиоваыу Дермером, 1980. Для еиергій Е > 10 І е15/нуклон використало масштабну апроксимацію для церотину та розраховано диференціальний спектр генерованого і'амма - випромінювання. Показано, що в області ецергій вище 1 ІеВ спектр дуже крутий; на високих енергіях він.характеризується таким же показником, 7”,“ + 1 ли диференціальний спектр прискорених нуклонів. Низькоеіюргстич-на частица спектру мас приблизно симетричну форму а максимумом иа 67 МеВ.

Загальне число випроміпепих фотонів міняється від ~ 4.5 х 1047 (дав компактної моделі) до ІУ7 ~ 3.5 х 1045 (для протяжної моделі). Відповідний ироіитегроваиин в часі потік ріииий 3 х 10-1 — 4 х

10і фотонів см_1 для віддалі 10 кдк. .

Тривалість спалаху очікується ріоиою в різпих енергетичних диапазонах. Для фотоиів о Еу ~ 100 МеВ (Д*)оь = 0.1(1.0) с для ком-пактиої (протяжної) моделі. Для фотоиів з Е1 ~ 1 Г<-В (Д*),л, =

5 • 10—“* (1 • 10-3) с для компактної (протяжної) моделі.

Таким чаном, гоиоваин ї&мма-сиалах найкраще детектуватиметь-ся на енергіях К, ~ 100 МеВ, де ЕСИЕТ-детектор на ССІЮ - обсерваторії має чутливість ~ 10-а фоюшвсм“2. Однак, при £7 > іГеВ величина сигналу тагож виявляється достатньою для детектуваипя. Зокрема, очікувалиЙ спадах йшма - шшромішовацця моліиа легко зареєструвати, яшцр Надооаа спалахне в вашій Галактиці. З віддалі 10 кпк від Землі типовая спадах, матиме паступпі характеристики. Вій починається о короткого (до 10~5 с) спалаху 100 —1000 кеВ - його вн-иромішовацця з ймовірно нетепловим спектром та о ном”якшеішпм випромінювання о часом відповідно до ефектів затримки часу (о плином часу ми детектусыо випромінювання із все віддаленіших районів іо все меншою проєкцісю швидкості, па проміпь зору). Очікувапий потію від провісника порядку 10-9 —10~5 орг см~2, тоді як мінімальна чутливість детектора ВАТБЕ біли 10-7 ергск-2.

Практично бе.:аоссредоьо .після спалаху в кеВ - йому діаиаооиі слідує 100 МеВ -100 ҐеВ - ний спалах з тривалістю Ді ~ 1 с і потоком дл ~ 10 фотонів см-2 що в 103 разів шрешіцус чутливість детектора ЕСПіі'Т. Лшілогічсю до першого спалаху ми очікуємо пом”якшепня

спектру іііі протті спалаху. оскідьіи дги високоенергетичних фо-'ияіііі :і Е1 > 10 1 і:В тривалість спалаху скорочується ди ~ 10"5 с.

(Хіі'руцтииаиа можливість того, що гідродинамічний механізм генерації і.чмма - гнала хін,-який тут роогдянутий на прикладі спалаху Наднової І типу, працежатпмг і ц інших об"ектал, де иляшшй оиач-ііпй ірадіеита густини (иу мовлений акрецією колаис Сілого карлика до нейтронної тюрі, вибух нейтронної оорі мшімальшії маси тощо.) [{роблено порівнянії ч ропглшіутого тут тилу Гамма - сналахів а відомими явищами Гамма - .астрономії і покапано, ідо перші якісно подібні «о класичних гамми - спалахів, причому головна. відмінність полягає и рісшій трив.ілиегі сп.ииіхів. Більш детальна рооробка нашої моделі необхідна дли відпоціді иа піп/шпи, чи хоча б деякі о класичних Гамма

- спалахів можуть генеруватись запропонованим тут механізмом.

Н §5.6 рооілянути особливості взаємодії прискорених частииок о ішжолісюряиим гередпншцем у випадку оамагнічсного білого карлика. Покапано, що головною мішенії (о длк црискорепих удариою хвилею рсіятішістських чііптинок дгілі залишається ах ре цій ний потік, іі-іе а модифікованою магнітики полем структурою. В той же час, иа до-МІ'Д стадії намагнічена оболонка виконуватиме роль рухомої релятивістської магнітної стійки, прн підбиванні від якої вадтеплові частинки прискорюватимуться до знаниях факторів Лоренца.

В Ронділі 6 досліджено комплекс проблем, ав"яоаиах о Ноясиєй-ням спостережуваних даиих щодо велПЕоМагШТйбнПХ Пекуайрийх швидкостей галактик, а також яапроаоиойаііа Попа Модель поїш пекулярних швидкостей в окоді Місцевої Група галяяїіік.

13 §6.1 представлено огляд ексіїфгшейтальцкх та Теоретичних робіт, прігсіГячеїшх виявленню та інтерпретації поля великомасштабних цехулярних швидкостей гадактих в околі Місцевої групи. Де- . •галі.но розглянута модель Великого атрактора (ВЛ) - гігантського гравітуючого центру, (надлитої маси ДМ « 3 • 10,6Л_ІМо) від-поиілальлого оа спостережуваний йеЛйкоЦАсштабнвй обіжпнй потік галактик, в якому Місцева група, Н£.й перебуває на віддалі від центру атрактора гиз ~ 42Л~,Мнгі, Мас пекулярну швидкість IIиз — 535 км/с (Дрсслср та іа., 1937, Лійдсц-Бед та ін., 1988). Проаналізовані труднощі інтерпретації такого Потоку в рамках стандартної теорії походження великомасштабної структури внаслідок гравітаційного росту Первісних (иіедяінфляційних) випадкових флуктуацій густини. Показано, що спостережувані дані щодо явища ВЛ чи подібних йому флуктуацій Можуть служити новим ефективним тестом і

космологічна* моделей.

В §6.2 побудована математична модель еаолюци кисмологічиах обурель масштабу БА в двоххомпоиштцому середовищі. Вона, ииисує еволюцію наростаючої моди адіабатичного сферично - ошетрично-го великомасштабиого абурсиия у плоскому (ї,* = 1 фрідмаишеїікииу Всесвіті п дри'ту оливам холодної темної матерії Перм > > (їь і вія качає гідіюднн&мічцнй оаис дішаміки газової баріошюї скандоцої та N

- тільне иябдижециа для опису Ссзоітішовальиої динаміки ч<«:чшюк тсииої матерії.

Па^іаметра газу роораховувались а ріиияиь гаооврї динаміки, де грааітацініге щтаореаия СМІС4{г)/г2 на відчалі г від центру яГурен-иа щкшачається повпою масою речоаіши (баріонної тч цебаріоияої) в кулі радіуса г, фуиида иагріиу приймалась ріщюк» нулеві Г — 0, і* ф}ШЦЇД адсрічуііаши Д та іоидіаційіш.н стаи речоїшиц р<»рвдоиу-«*«« осцощ ІЧШАПЬ цтетаціуцарцої «іцетшш да« гаау

а діиічодц ї^істещ. Дшшікд тгмної матерії рлр;«шу-

кздадь 8 N - «гшьоому иа6ди«е»ВІ! Ш'Щ-реришш риаиодід її анрокса-мурздеа Л?сіш двсіретивмр сфсрмчцо - свиетричиоии шарами од-«адоеої маси. Шийдаісті» ти юордаїша г» для * - тиго шару гша-додадасі. а ріщіяшм руху. .

Сумісні рйшиие дяишки баріоииої т» т<”«цої матерії рс/по"мпу-ваядси Чисельно методом шцчещціх різдкщ. а вщорцсташіям штучної в,'ап*о(гг> даа рш^хихуишу? дазддііхи утрішх хвиль. Почалюці профілі пГіурса^ юбцрадіад, огіддо статастичииї теорії иіпіи шшад-еошх :^усійсььад иодіа (Бидаіа та. іи„ 1086) Ч» задавались на момент

ч.гсу, що відповідає чфсоиоиу аціщгчішо «10, іо.ги обурення густини масштабу ВА що малі, а теша шптрів і геп гволюціоиують однаково. .

В §6.3 приведені результати чвсслміого дослідження гідродинамічної еаоаюції обурень масштабу 1}А в шсмодогічиих моделях а хшод-іюю хшиою *іатсріею : класичній (СБМ) та о иашишюаою иотуж -иістю о едектрі ф.тустуадіп ш, великих масштабах (СОМ+Х)(Бардіа та ін., 1987). Погаоаао, що позсиепоа обіжного потоку галактик и області В А представляє оцагаю складнішу пробашу, иіж пояснення середньої пеку лярної швидкості (~ 600 км/с) в масштабі« 50 Л^Мпк. Такс воле иежулярішх ішшдкосте.и макс бути результатом росту початково малого збурення густий із о амплітудою <5(;) » (1 ~ 2)(г +1)-1 та характерним масштабом /^./2 « (10 -г 20)(г + 1}~‘ Л^’Мик ири г » 1, що в багато разів перевищуе. очікувані п реалістичппх кос-

мале (січних моделях середні квадратичні флуктуації густина в цьому масштабі. Тому с рамках теорії випадкових іЧусівськщ флуктуація ВА може бути рідкісним піком великої амплітуда.

ІЗ рамках С1)М - моделі нікн п середніми дії дгціого масштабу Нрофї.'ШМИ иідіюсисі КІМІІ.ИТНІ; іпііи гцібепиечу ЮТЬ крутий-профіль пекулярної шшщкості в 13А. одна* необхідні амплітуда піків виявляються нереально великими в иорівашпі з очікуваним» середніми квадратичними флуктуаціями густини в даному масштабі. В СІШ+Х

- моделі піки дістають широкі крила та, одночасно, збільшуються

еоредні квадратичні флуктуації густини, що приводить до суттєвого вменшеная відносної амплітуди ніків. Однак ймовірність реалізації необхідних піків навіть а СБМ+Х - моделі аалшнасться ще дуже шількою. . .

Для типових ніків-попереднвків ВА в СОМ моделі характерним с колапс їх внутрішніх областей до теш-рішнього моменту часу, який може супроводжуватись бурхливою динамікою баріонного гаау - виникненням ударццх хвиль, високотемпературного газу, рентгенівського випромінювання тощо. Відсутність помітного спостережуваного потоку рентгенівського випромінювання п області ВЛ в рамках СОМ моделі накладає обмеження на густвпу міжгалактичного галу $Ьсс < 0-01 або ішюус иа те, що такий гао не оабеонечус Неперервного акредійного иотоку на центр ВЛ внаслідок наявності там галактик та їх скупчень.

Зроблено висновок, що найбільш сприятливими для утворення об”сггів типу ВЛ попннпі бутн спектри, алалогічні спектру СОМ+Х

- моделі, але о додатковою потужністю па менших масштабах к~г ~

(2 — 50) -

і! §6.4 здійснено відтворення спектру потужності початкових флуктуацій густини на основі еосих спостережуваних даних щодо поля пекулярних швидкостей галактик. Для цього розв”яоувалась обернена задача - із сукупності спостережуваних даних щодо великомасштабної структури Всесвіту, включаюча дані щодо великомасштабних пекулярних швидкостей, шукався феноменологічний ’’спостережуваний” спектр, який ба найкраще узгоджувався іа сукупністю спостережуваних дашйс і, разом о тим, був би найбільш спри-атлиоим для існування структур тииу В А. На відміну від відомих теоретичних спектрів, розрахованих для конкретного типу частинок темної матерії, частки баріонної речовини тощо такий феноменологічний снектр слід роосаядата як ’’експериментальний результат”,

:

якщо вірца теорія утворення структури шляхам розвитку гравітаційної нестійкості у випддкоиому гаусівсьншу йолі флуктуацій густини. Шжапшіо. що для того, щоб пояснити сукупність спостережуваних даяих що;ю кореляційних функцій галактик та скупчень, великомасштабних нотоків галактик, існування об’’сктів типу ВА та. рагкім п тим, ис шипи оа рамки обмежень иа флуктуації температури реліктового вихіроміиківашія, спектр в області ДГ1 - (3 100) Л.~,Мик

повинен иати вигляд Р(к) ~ к~', в області к~‘ > 100 Іг' Mat - бути достатньо пологий щоб мбеаоечати цеобхідні великомасштабні ік^ кулярві швидкості, в області к~1 > 1Ш0Л_,Мик - пшіти иа спектр Зельдовича-Тарісиїт Р{к) ~ к. Для иобудови такого спектру ми відштовхнулися від CDM-свсктру, ввівши до шлл о іюнравочну функцію з цевідомішн параметрами, підбором яких можна було шідоцілмштц сформульовані вшцс вимоги до сш-ктру. 13 р<-лультатї ццігіенешія такої процедури оитишаації отримало н;к:туиііин аналітичний пирнл для шуканого феноменологічного т.г»в. CDM-fZ сиектру:

Ак

+Сік +СікУЬ + С]кіу (1 + *(*))•

де V(k) = 0.055 {(Jfci/і)* - 1] якщо Jc* < Jfc < jfc, і Щк) ~ ^(kj^k/kjf, якщо к < Л"а, if1 5= ЗЛ~'Ма&, If* - ЮЛ/і~'Мик, С\ = 1.7!{h4\nr), Сг = 9.0/(fc*B«r)w, Сі = 1.0/(^fWf.

В §6.5 Оішриштшала шва иедсли иагя цекуаяриих швидкостей галактик а Оїо^і Місцево? rpyuu. Приведено оглад иапиовіших спостережу шільвдх робіт, дкі вказують Ш. оидчио більшия масштаб ко-гсрситиосїіг К'ладомасудігабцого аоля шшдгостев та иа можливу відсутність иадциіа гнаа&’ЩЯ «Я притиаежаокіу боці ВЛ. Так Кюрто •та їй., 1993 виявили «здкокі&иитабиай потік галактик о ишміту-дою ~ <г00к«/с иррдовзежиі$ до ЦА частині неба • а издекуцчешй Игрсей-Риба > та віддалях др^ 80Л“*Мнк, Таким чином, масштаб об”смвого патоку галад**». може перевищувати 140Л_ІМик. Враховуючи тагоза відмічені вище труднощі а поясненням існування ПЛ, в[юпс*кується йота даоконіюцеитна модель великомасштабного потоку галактик в окозі Міецсшї групи - модель * милого атрактора ііа великомасштабному фоні”, £ якій спостережуваний [ххмшділ пекулярних швидкостей с суивраоздцісю при бл їй по сферично - симетричного падіння иа вааркуачеїшя Гідра - Кситавр та великомасштабної фонової пекулярної ццшджот о масштабом когерентності L > 130A“‘Mdx або доааид.иою хвилі А > 250Л“'Мик. Велакомас-

штабна флуктуація шзивпа забезпечити приблизно постійну складову поля пекулярних швидкостей о амплітудою ~ 300 км/с в області, яка включає падскуачепия Персей - Рвба, Місцеву групу та аядскупчення Гідра - Кентавр. Надскупчевпя Гідра - Кентавр (під ним ми розумітимемо концентрацію галактик в центрі Великого атрактора з масою, в декілька разів меншою, ніж вважалося раніше) дає вклад в пекулярну швидкість Місцевоі групи ~ 200 кы/с, а в пекулярну швидкість скупченая Кеггтавр-30 -300 км/с.

Суперпозиція обпдвох джерел прпродаьо пояснює спостережувані дані - пекулярну швидкість Місцевої групп ~ 500 км/с, наростання пекулярної швидкості в напрямку па центр атрактора до величини 600 700 км/с о районі скупчення Кентавр-30, відсутність помітної

кількості галактик, які б падали па ВА о протилежного боку, незначну пекулярну швидеість за його центром ва віддалі ~ 55А-1 Мпк (область взаємного псгагпевпя швидкостей), та позитивну швидкість на більших відстанях.

В пропонованій моделі "налял атрактор” - падскупченпя Гідрат Кентавр - типове надскупчешія о масок» ~ 1О13М0. Більш проблематичною с реалізація великомасштабних пекулярних швидкостей з середньою квадратичною амплітудою Утя ~ 300 км/с. Для цього потрібна додаткова потужність а спектрі флуктуацій густини в порівнянні о стандартного СОМ * модзллю пп. масштабах А > 300А-1Мпк. Остаппі результати щодо осяаасмаиатабпого скупчування галактик та скупчень підтверджують існування такої поту:їпості.

В §6.6 розрахована апісотродіяг тсмнсргітурз реліктового випромінювання, викликана атракторо-подібтвпї флуктуаціями. Показано, що па карті розподілу о» П2бу температури реліктового випромінювання певиппі існувати гарлчі слама на масштабі Оса = 2гсл/Ю5 А-1 Мпк. градусів як результат перетяну піків - попередників такпх флуктуацій сферо» останнього розештпя. Ка основі отримати раніше характерпегпз флуктуацій розрахована генерована ними анізотропія температура реліктового вішрсмІЕіоватїя а врахуванням всіх суттсапх вкладів: ефектів Сакса - Вольфа, Доплера та Сілка. Знайдено, що очікуване число придатних до детектування плям іЧЄг, длл яких Д2*/Т перевшпус рівень йадіипого заявленая ЗаТ, як

і загальна кількість атракторів а меках горизонту N, е різним для різних космологічних .моделей. Так, у вшзадку СОМ спектру о С}гт,

- нормуванням очікується ~ 0.02 • N » 170 гарячих паям на всьому небі, для яких АТ/Т > 3о?, або одна така пляма ва ділянці 16° х 16°.

Такс ж число холодних шшм дадуть пііш о від” ємною флуктуацією густіш и. Найбільш оптимістичний результат дає СБМ-Ь 2 спектр: біля 1700 плям па всьому небі чи одна паям а па ділянці 5° х 5°.

Тому вивчення карт Д2’/2' на предаст встановлення спостереиу-иааої кількості таких иаям дасть винятково важливу інформацію про сцектр первісних флуктуацій густини, тобто, послужить додатковим тестом на можливі космологічні моделі.

У Висновках приведеш основні результати роботи, вказана їх наукова та практична цінність.

В Додатках припедеці перші та другі похідні від функцій розподілу параметрів газу на фронті ударної хвилі (Додаток А) та дана аналітична апроксимація параметрів газу при миттєвому внбуху в серсдовшці оі степеневим законом розподілу густини (Додаток Б).

Висновки.

В роботі представлені нові теоретичні методи опису нестаціонарних високотемпературних процесів в космічній плазмі та, на їх. основі, побудовані удари о-хвильові моделі ряду астрофізичних явищ та о6”сїтів: залишків падаових оір в середовшцах з великомасштабним Градієнтом густини, релятивістських ударних хвиль в оболонках білих карликів та 'космологічних флуктуацій масштабу Великого атрактора. Отримані в роботі нові науково обґрунтовані теоретичні результати дають вклад в роаантог теорії нестаціонарних вибухо-' подібних процесів в фізиці та гідродинаміці космічної плазми.

Дотована література.

Каллаи С.А. К тсорал распространения сильных ударных вола а псодаороддон космической ередг // Астрой. Ж. -1067. *44, N2. -С. 384-386. ■ .. .. -

Кестшбойхг Х.С., Роашш» Г.С., Чудов Л.А. Точечный взрыв. Метода расчета. Таблицы. - М.: Наука, 1074. - 250 с.

Кднмяшпа И.А. Ударные волны в ободочках заезд. - М.: Наука, 1084. - 264 с. .

Компанеец А.С. Точечный взрыв е веодиородноп атмосфере // Докл. АН СССР. -1960, -130, N5. -С. 1001-1003.

Лозипскгш Т.А. Сверхновые овеады и овеодаыа ветер: взаимодействие с гаооы ГЬлаггпкв. - М.: Науко, 1986 - 304 с.

Надежин Д.К. О начальной фазе взаимодействия разлетающейся оболочки звезды с окружающей средой // Препр. Ип-т теорет. и сїсисркм. фио. -1981. -N1. - 44 с.

Рапоер Ю.П. Распространение ударной волны в неоднородной атмосфере в сторону уменьшения плотности // Ж. прикл. мех. и техи. физ. - L964. - N4. -С. 49-56. - - ■ ........

Седов Л.И. Методы подобия и разиерпости в механик. - М.: Hayia, 1981. - 447 с.

Уиэем Дж. Линейные и нелинейные волны. - М.: Мир, 1977. -624 с. .

Черный Г.Г. Задача о точечном ворыве // Доад. АН СССР. -1957. -112, N1. - С. 213-217.

Bardeen J.M., Bond J.R., Efstathiou G. Cosmic fluctuation spectra with large scale power // Astrophys. J.- 1987. -321, N1, PI. -P. 28-33.

Bardeen J.M., Bond J.R., Kaiser N., Szalay A.S. The statistics of peaks of gaussian random fields // Astrophys. J. - 1986. -304, N1, PI. -P. 1&-60.

Вisnovatyi-Kogan G.S., Silich S.A . Shock-wave propagation in the nonuniform interstellar medium // Space Sci. Rev.- 1995. -67, N 3. -P. 661-712.

Bondi H. On spherical symmetrical accretion // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. - 1952. -112, N1. -P. 195-209.

Brinkley S.R., Kirkwood J.G. Theory of the propagation of shock waves // Phys. Rev. -1947. -71, N9. -P. 606-611.

Chevalier R.A. Self-similar solutions for the interaction of stellar ejecta with an external medium // Astrophys. J. - 1982. - 258, N2, PI. -P. 790-797.

Colgate S.A. The supernova envelope shock origin ofcosmic rays - a review // Adv. Space Res. - 1984. -4, N2-3. -P. 367-379.

Colgate S.A., Johnson N.H. Hydrodynamical origin of cosmic rays // Phys. Rev. Lett. - 1960. -5, N6. -P. 235-238.

Courteau S., Faber S.M., Dressier A., Willik J.A. Streaming motion in the local Universe: evidence for large scale, low amplitude density fluctuations // Astrophys. J. - 1993. -412, N2, P2. -P. L51-L54.

Dermer C.D. Binary collision rates of relativistic thermal plasmas. II. Spectra // Astrophys. J. - 1986. -307, N1, PI. -P. 47-59.

Dressier A., Burstcin D., Davies R.L. et al. Spectroscopy and photometry of elliptical galaxies: a large-scale streaming motion in the local Universe // Astrophys. J. - 1987. -313, N2, P2. -P. L37-L42.

гг

Eltgroth P.G. Similarity analysis for relativistic flow in one dimension.

II. Ncnplanar relativistic flow // Phys. Fluids. - 1972. -15, N12. -P. 2140-2144. •

Kenyon S.J., Livio М., Mikolajewslca J., Tout C.A. On symbiotic stars and Type la Supemovae // Astrophys. J. - 1933. -407* N2, P2. -P. L8I-LS4.

Khokhlov A., Muller E., Hofiich P. Light curvcs of Type la supernova models with different explosion mechanisms // Айгоа. and Astrophys.

- 1993. -270, N2. -P. 223-24S. .

Laumbacb D.D., Probat с in R.F. A point explosion in spherically symmetric exponential atmospheres // Phys. Fluids. - 1D68. -11, K7. -P. ИС6-1472.

Lynden-Bell D., Faber S.M., Bursiein D. et al. Spectroscopy cad photometry of elliptical galaxies. V. Galaxy streaming toward the new supcrgalactic center // Astrophys. J.- 198S. - 326, N1, PI. -P. 19-49.

Sakurai A. On the problem of a shock wave arriving at the edge of a gas // Comraim. Pure Appl. Math. - I960. -13, N3. -P. 353-370.

Taam R.E., Fu A., Fryxell В.Л. Accretioq in wind-driven X-ray sources // Astropbye. 3. - 1991. -371, N2, Pi. -P. GD6-707.

Основа» z&Qsaxaxw no Tcs-ii дмеертаци

1. Гиатыг Б .H. О ргечете сгоростз сальной ударной полны в

неоднородной среде // Астрод'оиичесЕий циркуляр. -1931. -N1195. -С. 4-5. . . .

2. ГлатыЕ Б.И. Ззйои дршкепая склшой релятивистской ударной

ТОЛПЫ В пеодрородпой СрОДО Е онергстнчесыш СПСИТр КОШИЧеСЕЕХ лучей. Тезисы дом. Всесокю. Еонф.”Соврем. теор. а oz.cnсрви. пробдеиы теорш относит. в.гр&ьах.”(3~5 шаля 1984 г.) М., 19S4. -С. 159-160. ■ , .

. 3. Б.И. SasoacaiepaocTE дввжспея релятивистских удар-

пых еолп в псодаородаьп ерздах JJ Псська а Астроз. Ж. -19S5. -11, N10. -С. 785-788.; ' . .

4. Гпатыг Б.Н., Кроль 13.А. Ударный механизм формпрова-ина обсдо'Ю'Шо- аодобдых crpysiyp » взлишшчесгпх гала^тшах"// Астрофизика. -1987. -27, N3. -С. 571-5SG.

5. ГЬатиЕ Б.Й. Сельпыз едаабатаческЕг ударные волны п прога-

- вольно неоднородной среде. Аналлтп^гсшй подход // Астрофизика.

-1987. -26, N1.-С. 123-12S.

6; ГватьЕ Б.И., Кроль В.А. Ударао-ветроаой механшзм формн-ровалав озолоченной структуры в NGC 5128. Численное ыоделиро-

вавие динамики оболочки // Кинемат. а фиа. исбес. тел. -1988. -4, N3. -С. 44-54.

7. Гпатык Б.И. Эволюция остатков вспышек сверхновых авезд в межовездпой среде с крупномасштабным градиентом плотности // Письма в Астрон, Ж. -1988. -14, N8. -С. 725-736.

8. Пттык Б.И., Кроль В.А. Аккреционный механизм формирования обоаочечпых структур в астрофизических системах с источником ветровой активности // Физика мцогочастичпых систем. -1990. -17. -С. 77-87.

9. Гнатик Б.І., Лукаш В.М., Новосядаий Б.С. Великомасштабна структура Всесвіту, Великий атрактор і спектри обурень // Кине-мат. и физ. небес, тел. -1991. -7, N6. -С. 48-61.

10. Гпатык. Б.И., Лукаш В.Н., Новосадлый Б.С. Великий аттрактор как крупномасштабный пик флуктуации плотности во Вселснпой // Письма в Астрон. Ж. -1991. -17, N3. -С. 213-228.

11. Гпатык Б.И., Лукаш В.Н., Новосядлый Б.С. Крупномасштабные неоднородности во Вселенной а спектры воомугцеыий // Письма в Астрон. Ж. -1991. -17, N9. -С. 659-670.

12. Новосядлый Б.С., Гпатык Б.И, Великий аттрактор и проблема происхоздеяоя ірупномасштабпой структуры Вселенпой.-Львов, 1991 ( Препринт ШІПММ N9-91. - 63 с.

13. Гиатьис Б.И., Кроль В.А. Динамика выдуваемой ветром оболочки в стационарном аккреционном потоке. Автомодельный случай // Письма в Астрой. Ж. -1992. -18, N3. -С. 228-233.

14. ГЬатых Б.И., Лукаш В.Н., Новосадлый Б.С. О возможности регистрации флуктуаций температуры реликтового получения, вызванного возмущениями масштаба Великого аттрактора }) Письма в Астроп. Ж. -1992. -18, N7. -С. SG3-569.

15. Гйатых Б.И. О возмолшоа природе пятеп в распределении • температуры реликтового получения. "Теорет. и оксперим. пробл. теории гравитации”. Тезисы докл. 8 Рос. гравпт. гонф. -Пущино, 25 - 28 мая 1993. -С. 111.

16. Гпатнк Б.І. Великомасштабні пекулярні швидкості та первісний спектр обурень // Кинемат, и фта. небес, тел. -1S94. -10, N1. -С. 9-12.

17. ГЬатик Б.1., Петрук О.Л. Новий наближений метод розрахунку точкового вибуху в неоднорідному середовищі та його застосування до моделювання рентгенівського випромінювання тривимірних залишків наднових оір // Кинемат. а фпз. небесн. тел. -1996. -12,

N3. -C. 44-64.

18. Hnatyk B.I. The motion of strong relativistic shock wave in nonunifarm medium and energy spectrum of the cosmic rays / In: Abstracts of contrib. papers 11th Conf. on Gen. Rel. and Gravit. Stockholm, Sweden, July 6-12, 1986. -2. -P. 507.

19. Hnatyk B.I., Krol’ V.A. An approach of infinitely thin layer at the investigation of shock wave dynamics in astrophysical systems / In:

Int. Conf. on Plasma Phya, Proc. contrib. papers. Kiev, April 6-12, 1987. Kiev, Naukova Dumka, 1987. -4, -P. 249-252.

20. Novosyadlyj B.S., Hnatyk B.I., Lukash V.N. Great Attractors: observational display^ and conditions of realizations // In: Observational cosmology, Int. Syinp. Milano, Italy, 1992/ ed. G.Chincarini, 1993. -P. 219-221.

21. Hnatyk B.I. The large scale peculiar velocity field as a probe of power spectrum cf density fluctuations / In: Abstracts. Astropys. and cosmology after Gamov. Coaf. devoted 90th anuiver. G. A. Gamov, Sep. 5-10, 1994, Odessa, Ukraine. M.: Космосинформ, 1991. -P. 14.

22. Hnatyk B.I., Lukash V.S., Novosyadlyj B.S. Great attractor-a ■ new test for cosmological models // Bull. Spev;. Astrophys. Obs. -1994. -N37. -P. 90-95.

23. Novosyadlyj B.S., Hnatyk B.I. Large-scale structure of the Uni-, verse and initial fluctuation spectra // Bull. Spec. Astrophys. Obs. -1994. -N37. -P. 81-89.

24. Hnatyk B.I., Lukash V.S.. Novosyadlyj B.S. Great attractor-like fluctuations: observational manifestations and theoretical constaints // Astron. and Astrophys. -1995. -300, N1. -P. 1-12.

25. Berezinsky V.S., Btaai P., Hnatyk B.I. SNIa: A new mcchanism of ga.mm&-burst generation. 1. Weak magnetic field // Astrophys.J. -1996. -469, N1 PI. -P. 311-321.

В роботах, пвхошшвх в слівапторстві, авторові належить:

- в [8,13,17) -постановка оадачі, участь в побудові математичної моделі, щюведрит роорахуніів, анааіоі отриманих результатів та шшисаіші текстів статей;

- в [9,11,14,23] - постановка оадачі, участь в побудові математич-

ної моделі, аналізі отриманих реоудьтетів та написанні текстів статей; .

- в [10,12,19,20,22,24,25] -участь в постановці оадачі, участь в побудові ма'. -мати'шої моделі, аналізі отриманих результатів та написанні текстів статей;

- в [4,6] - участь в побудові математичної моделі, проведенні ро-орахунхів, аналізі отриманих результатів та написанні текстів статей.

Аннотация

Іїіатьік Б.И. Нестационарные высокотемпературные процессы и ударные волны в космической пяаоме. Диссертация в форме рукописи па соискание ученой степени доктора физикоматематических иаук по специальности 01.03.02 - астрофизика, радиоастрономия. Главная астрономическая обсерватория НАН Украины, Киев, 1997.

Защищается 25 научных работ, посвященных раоработке теоретических методов описания нестационарных высокотемпературных процессов в космической плазме и их применению к построению ударно-волновых моделей астрофизических явлении. Предложен новый приближенный аналитический метод полного гидродинамического описания мгновенного взрыва в произвольно неоднородной среде. На его основе исследована эволюция нсеферических остатков сверхновых овепд в межзвездной среде с крупномасштабным градиентом плотности. Обосновал нозый механизм генерации вспышек, гамма-излучения при выходе релятивистской ударной волны па поверхность белого карлика-предшественника Сверхновой типа 1а. Проведено гидродинамическое моделирование эволюции космологических возмущений плотности масштаба Великого аттрактора п предсказаны новые наблюдательные проявлена атракторо-нодобиых флуктуация. Предложена новая модель поля крупномасштабных пекулярных скоростей галактик в окрестности Местной группы.

Abstract

Hnatyk B.I. Violent high-temperature processes and shock r/aves in cosmic plasma. Dissertation for Scientific Degree of Doctor of Sciences (Physics aad Mathematics) in Speciality 01.03.02 - Astrophysics, lladioastronomy as a manuscript. Main Astronomical Observatory of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1997.

Twenty five scientific publications devoted the development of the theoretical methods for describing a violent high-tempcratiire processes in cosmic plasma and its application, to the building of shock-wave models of astrophysical events are defended. A new approximate analytical method for total hydrodynamical description of point-like outburst in

arbitrary uoaunifrom medium is presented. At its base the evolution of nouspherica.1 supernova remnants in interatellar medium with largo-scale density gradient is investigated. The new mechanism for gamma-ray burst generation during the relativistic shock wave break out in the white dwarf-SNla precursor is begrounded. The hydrodynamical modelling of evolution of cosmological density fluctuations with Great Attractor scale is earned out and tbc new observational signatures of attractor-like fluctuations are predicted. A new model of large-scale galaxy peculiar velocity field around the Local group is proposed.

Ключові слова: гідродвламіжа, ударні хвалі, оорі, падооиі, oar лишки цадиоаих, космологія, веашюмасштабаа структура.