Нейтронные звезды и черные дыры
Отчет за 2000 год

1  Основные достижения

С ипользованием многозрачкового спектрографа на 6-метровом (БТА) телескопе в диапазоне 4600-5700 A впервые проведена спектроскопия ближайших (порядка нескольких тысяч AU) окрестностей пульсара в Крабовидной туманности с пространственным разрешением порядка 1.5 угловой секунды с целью исследовать физические условия и кинематическую картину движения вещества в данной области (Zharikov et al. 2000).

Обнаружены смещенные из-за эффекта Доплера в красную и голубую области спектра сильные линии излучения OIII, а также более слабые линии H_beta и HeII, с характерными лучевыми скоростями порядка и более 1000 км/cек.

При этом, области излучение "красных" и "голубых" спектральных компонент пространственно разделены и их пространственное распределение обладает симметрией, совпадающей с симметрией компактной торообразной синхротронной туманности вокруг пульсара, образованной взаимодествием ветра релятивистских частиц с пульсара с окружающей средой и наблюдаемой в оптическом континууме и мягком рентгене. Если обнаруженная кинематическая структура не является результатом случайной проекции на луч зрения излучения неотождествленных тонких филаментов с переферии расширяющейся Крабовидной туманности, то она указывает на вращение торообразной структуры, за счет передачи момента вращающения нейтронной звезды окружающему веществу.

На 6-метровом (БТА) и Хаббловском (HST) телескопах проведены широкополосные фотометрические исследования радопульсара среднего возраста PSR B0656+14 в оптическом и ближнем инфрокрасном диапазонах спектра (Koptsevich et al 2000). Обнаружено систематичекое увеличение среднего потока излучения от данного пульсара начиная с UV в сторону инфрокрасного диапазона. На фоне увеличения наблюдаются также избытки потоков в отдельных полосах оптического диапазона, которые возможно связаны с существованием спектральных особенностей в излучении пульсара. Это качественно отличает спектр данного пульсара среднего возраста от плоских и монотонных спектров молодых пульсаров. Анализ фотометрических данных совместно с рентгеновскими данными, полученными на орбитальных обсерваториях ASCA и ROSAT показывает, что экстраполяция в UV-IR области степенной компоненты рентгеновского спектра PSR B0656+14, доминирующей в области энергий фотонов более одного КэВ, хорошо согласуется с потоками, наблюдаемыми на БТА и HST. Это указывает на единую природу нетепловой компоненты излучение данного пульсара в широком диапазоне спектра от IR до жесткого рентгена. Исследованы слабые протяженные объекты в 5╒╒ окружении пульсара и показано, что они не связаны с его активностью, а являются далекими галактиками, по-видимому, аналогичными наблждаемым в HDF.

Продолжены исследования внутренней структуры и тепловой эволюции нейтронных звезд. Проведены расчеты и всесторонний анализ наиболее существенных механизмов нейтринных потерь в изолированных нейтронных звездах различного возраста. Результаты суммированы в оригинальном обзоре (Yakovlev et al. 2000)

References

[1]

Baiko D.A., Haensel P.
Cooling neutron stars with localized protons
Astron. Astrophys., 356, 171-174, 2000.

[2]

Baiko D.A., Yakovlev D.G.
Direct URCA process in strong magnetic fields and neutron star cooling, in: Strong Magnetic Fields in Neutrino Astrophysics.
A.V. Kuznetsov, N.V. Mikheev, A.Ya. Parkhomenko (eds), Yaroslavl, 2000, p. 113-126.

[3]

Baiko D.A., Yakovlev D.G., De Witt H.E., Slattery W.L.
Coulomb crystals in harmonic lattice approximation
Phys. Rev. E, 61, 1912-1919, 2000.

[4]

DeWitt H.E., Slattery W., Baiko D.A., Yakovlev D.
Harmonic lattice theory of Coulomb solids and comparison with Monte Carlo simulations
Contrib. Plasma Phys., 2000 (accepted).

[5]

Eichler D, Beskin G.
Nonthermal optical transients from relativistic fireballs
Phys. Rev. Lett., 85, 2669, 2000.

[6]

Golden A., Shearer A., Beskin G.
Unpulsed emission from the Crab pulsar
Astrophys. J., 535, 373-378, 2000.

[7]

Golden A., Shearer A., Beskin G.
Unpulsed optical emission from the Crab Pulsar. In: Proc. of the IAU Colloquium 177 on Pulsar Astronomy -2000 and Beyond, M. Kramer, N. Wex, N. Wielebinski (eds.)
San Francisco: ASP, 2000, p. 297.

[8]

Golden A., Shearer A., Beskin G., Neizvestny S., Neustroev V., Plokhotnichenko V., Cullum M.
High Speed 2-d UBV Photometry of the Crab pulsar
Astron.Astrophys., 17 p., 2000 (accepted).

[9]

Haensel P., Levenfish K.P., Yakovlev D.G.
Bulk viscosity in superfluid neutron star cores. I. Direct Urca process in npem matter
Astron.Astrophys., 357, 1157-1169, 2000.

[10]

Koptsevich A.B., Pavlov G.G., Zharikov S.V., Sokolov V.V., Shibanov Yu.A., Kurt V.G.
Optical photometry of the PSR B0656+14 and its neighbourhood
Astron. Astrophys., 2000 (submitted), astro-ph/0009064.

[11]

Kurt V.G., Komarova V.N., Fatkhullin T.A., Sokolov V.V., Koptsevich A.B., Shibanov Yu.A.
Photometric study of fields of nearby pulsars with the 6-m telescope
Bulletin of the Special Astrophysical Observatory, 49, 5, 2000.

[12]

Potekhin A.Y., Chabrier G.
Equation of state of fully ionized electron-ion plasmas
II. Extension to relativistic densities and to the solid phase
Phys. Rev. E, 2000 (accepted).

[13]

Potekhin A.Y., Chabrier G., Yakovlev D.G.
Coulomb plasmas in outer envelopes of neutron stars
Contrib. Plasma Phys., 2000 (accepted).

[14]

Shearer A., Golden A., Beskin G.
Implications of optical observations of isolated neutron stars. In: Proc. of the IAU Colloquium 177 on Pulsar Astronomy and Beyond
M. Kramer, N. Wex, N. Wielebinski (eds.)
San Francisco: ASP, 2000, p. 307.

[15]

Ventura J., Potekhin A.Y.
Neutron star envelopes and thermal radiation from the magnetic surface. In: Neutron Star - Black Hole Connection
C. ouveliotou, J. an aradijs, J. entura eds.)
NATO ASI Ser., Kluwer, Dordrecht, 2000 (accepted).

[16]

Yakovlev D.G., Gnedin O.Y., Potekhin A.Y.
Strongly coupled Coulomb and nuclear plasma in inner crusts of neutron stars
Contrib. Plasma Phys., 2000 (submitted).

[17]

Yakovlev D.G., Kaminker A.D., Levenfish K.P.
Neutrino emission due to Cooper pairing of nucleons in cooling neutron stars
Astron.Astrophys., 343, 650-660, 1999.

[18]

Yakovlev D.G., Kaminker A.D., Gnedin O.Y., Haensel P.
Neutrino emission from neutron stars
Phys.Rep., 2000 (accepted).

[19]

Zharikov S.V., Shibanov Yu.A., Koptsevich A.B., Afanas'ev V.L., Dodonov S.N.
The Multipupil Fiber Spectroscopy of the Crab-pulsar Neighbourhood
Revista Mexicana de Astronomia y Astrofisica, 2000 (accepted).

2  Участие в конференциях

1. The International conference on "Physics of Nonideal Plasma" (PNP10) (Greifswald, September 4-8, 2000).
2. JENAM-2000; Section 5: Supernovae, neutron stars and magnetars (May 29-June 3, 2000, Moscow).
3. Workshop on Physics of Nonideal Plasma, Scientific Council for the Problems of Low-Temperature Plasmas of the Russian Academy of Sciences (Moscow, 29-30 November 2000).

3  Отчет группы Г.С.Бисноватого-Когана (ИКИ РАН)

3.1  Краткая аннотация научных достижений

Исследована тепловая эволюция объекта Торна-Жидков.

Проведено двумерное численное моделирование задачи о магниторотационном выбросе вещества из замагниченной дифференциально вращающейся звезды. Показано, что различные конфигурации начального магнитного поля могут привести к качественно различной структуре выброса: джет либо близкий к сферическому выброс.

Исследование задачи о конвективных URCA оболочках, исследование их роли в звездных осцилляциях. Выведена система уравнений, описывающая предсверхновую с конвективными URCA оболочками, модифицирующая теорию длины пути перемешивания. Показано, что механизм подавления звездных осцилляций связанных возбуждением коротких звуковых волн является наиболее существенным для звезд с фазовыми переходами и нелинейной объемной вязкостью как и в URCA оболочках.

Получено общее решение для системы уравнений оптически толстого аккреционного диска с учетом адвекции при различных значениях вязкости и скорости аккреции. Были исследованы особые точки полученного решения в зависимости от вида модели диска и ее параметров.

Рассмотрена задача об эволюции системы электронов с заданным начальным распределением во внешнем магнитном поле. Получено уравнение, описывающее эволюцию функции распределения в однородном магнитном поле при произвольной степени релятивизма электронов и найдено его точное решение. Найдены асимптотики этого решения, соответствующие случаям синхротронного и релятивистского дипольного излучения и вычислена эволюция спектров излучения для этих предельных случаев. Феноменологически учтена кривизна магнитного поля и показано наличие экспоненциального завала для случая синхротронного излучения.

Разработанный на основе метода Галеркина приближенный метод расчета устойчивости звезд в ОТО был применен к нейтронной звезде с простым уравнением состояния. Для комбинации из двух полиномов, в качестве которых брались один эмденовский профиль и один тригонометрический полином (либо полином Чебышева), получен результат более точный чем при обычном расчете с линейной пробной функцией.

В дальнейшем предполагается произвести расчет устойчивости релятивистской звезды при помощи этого метода, но для более реалистичного уравнения состояния.

References

[1]

М.В.Барков, Г.С.Бисноватый-Коган, С.А.Ламзин
"Тепловая эволюция объекта Торна-Жидков"
(Принято к печати в Астр. Журн.)

[2]

J.V.Artemova, G.S.Bisnovatyi-Kogan, I.V.Igumenschev, I.D.Novikov
"Global structure of advective accretion disks at high luminosities"
(Accepted in ApJ)

[3]

N.V.Ardeljan, G.S.Bisnovatyi-Kogan, S.G.Moiseenko
"Nonstationary magnetorotational processes in a rotating magnetized cloud"
Astron.Astrophys 355, 1181-1190, 2000

[4]

N.V.Ardeljan, G.S.Bisnovatyi-Kogan, S.G.Moiseenko
"Collapse of a magnetized rotating cloud. 2D numerical simulations"
(Accepted to Astrphys. and Space Sci.)

[5]

N.V.Ardeljan, G.S.Bisnovatyi-Kogan, S.G.Moiseenko
"Magnetorotational ejection"
(Accepted to Astrphys. and Space Sci.)

[6]

G.S.Bisnovatyi-Kogan
"Numerical simulations in astrophysics: supernovae explosions, magnetorotational model and neutrino emission"
Phys. and Dynamics in Nature and Society, (1999) accepted

[7]

G.S.Bisnovatyi-Kogan, A.N.Timokhin, H.Spruit
"Magnetosphere of oscillating neutron stars"
Month. Not. R.A.S., (accepted)

[8]

G.S.Bisnovatyi-Kogan, R.V.L.Lovelace
"Magnetic field limitations on advection dominated flows"
ApJ, 2000, 529, 978-984

[9]

Г.С.Бисноватый-Коган, О.В.Шорохов
"Эволюция функции распределения электронов и спектра их излучения в магнитном поле"
Астрономический журнал, 2000, том 77, 9, с. 703-712

[10]

G.S.Bisnovatyi-Kogan
"Magnetic fields of neutron stars: very low and very high"
Proc. Vulcano-99 Workshop (in press); Astro-ph/9911275

[11]

G.S.Bisnovatyi-Kogan
"GRB afterglow in the model of neutron star in close binary system"
Proc. Vulcano-99 Workshop (in press)

[12]

Г.С.Бисноватый-Коган, О.В.Шорохов
"Эволюция энергетического спектра системы электронов во внешнем магнитном поле"
Труды конф. "Астрофизика на рубеже веков", Пущино-99 (в печати)

[13]

G.S.Bisnovatyi-Kogan
"Disk accretion of a magnetized matter into a black hole"
Труды конф. "Астрофизика на рубеже веков", Пущино-99 (в печати)

[14]

G.S.Bisnovatyi-Kogan
"Disc accretion of a magnetized matter into a black hole"
Proc. Gamow-99 Conf., (in press), Astro-ph/9911212

3.2  Участие в конференциях в 2000 году

1. IIIrd Microquasar Workshop 11-13 September 2000 Granada, Spain
2. Physics of accretion and associated outflows 5-8 January 2000 TAC Copenhagen Denmark
3. JENAM-2000 29 May-3 June Moscow,Russia
4. Astronomy in Ukraine - 2000 and beyond 5-8 June 2000 Kiev, Ukraine
5. Stellar dynamics: from classic to modern 21-28 August 2000 St.Petersburg

3.3  Планы на 2001 год ( и предложения на 10 лет)

1. Построить модель и исследовать магниторотационный взрыв сверхновой первый этап в 2001 дальнейшее исследование на 10 лет)
2. Исследовать магниторотационные выбросы с образованием джетов
3. Аккреция замагниченного вещества на черные дыры и нейтронные звезды
4. Эволюция массивных звезд с потерей массы
5. Аккреция с адвекцией и структура пограничного слоя
6. Предполагается произвести расчет устойчивости релятивистской звезды при помощи этого метода, но для более реалистичного уравнения состояния.

4  Дополнительный список публикаций рабочей группы "Нейтронные звезды и черные дыры"

References

[1]

V.~S. Beskin and R.~R. Rafikov. Energy loss of radio pulsars. In ASP Conf. Ser. 202: IAU Colloq. 177: Pulsar Astronomy - 2000 and Beyond, astro-ph/000371, 2000.

[2]

V.~S. Beskin and R.~R. Rafikov. On the particle acceleration near the light surface of radio pulsars. MNRAS, 313:433-444, April 2000.

[3]

M. Gilfanov, E. Churazov, and M. Revnivtsev. Probing geometry of the accretion flow in black hole binaries with rxte. In Rossi2000: Astrophysics with the Rossi X-ray Timing Explorer. March 22-24, 2000 at NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD USA, p.E30, pages E30-+, 2000.

[4]

A. Golden, A. Shearer, and G. Beskin. Unpulsed optical emission from the crab pulsar. In ASP Conf. Ser. 202: IAU Colloq. 177: Pulsar Astronomy - 2000 and Beyond, astro-ph/000297, 2000.

[5]

A. Golden, A. Shearer, and G.~M. Beskin. Unpulsed optical emission from the crab pulsar. ApJ, 535:373-378, May 2000.

[6]

N.Ã. Ketsaris, M. Kuster, K.Ã. Postnov, M.~E. Prokhorov, N.~I. Shakura, R. Staubert, and J. Wilms. The 35-day cycle in her x-1 as observational appearance of freely precessing neutron star and forcedly precessing accretion disk. In 14 pages, 7 Postscript figures, uses epsf.sty, rotate.sty. Invited talk presented at workshop of Bogolyubov Theoretical Physics Laboratory of JINR (Dubna) "Hot topics in astrophysics", August 2000, astro-ph/0010035+, October 2000.

[7]

A. Kuzmin. Pulsar profiles and structure of the emission region. In ASP Conf. Ser. 202: IAU Colloq. 177: Pulsar Astronomy - 2000 and Beyond, astro-ph/000189, 2000.

[8]

A. Kuzmin and B. Losovsky. Observations of millisecond pulsars at 102 mhz. In ASP Conf. Ser. 202: IAU Colloq. 177: Pulsar Astronomy - 2000 and Beyond, astro-ph/000235, 2000.

[9]

A.~D. Kuzmin and B.~Y. Losovsky. Low-frequency flux-density measurements and spectral features of millisecond pulsars. Astronomy Letters, 26:500-505, August 2000.

[10]

A.Ã. Lutovinov, S.Ã. Grebenev, M.Ñ. Pavlinsky, and R.Ã. Sunyaev. Spectral variability of the x-ray pulsar hercules x-1. Astronomy Letters, 26:691-698, November 2000.

[11]

A.Ã. Lutovinov, S.Ã. Grebenev, and R.Ã. Sunyaev. Art-p/granat observations of the x-ray pulsar 4u0115+634 during the outburst in february 1990. Astronomy Letters, 26:1-8, January 2000.

[12]

V.~M. Malofeev. Pulsar radio spectra and the interstellar scintillation. In ASP Conf. Ser. 202: IAU Colloq. 177: Pulsar Astronomy - 2000 and Beyond, astro-ph/000221, 2000.

[13]

V.~M. Malofeev and O.~I. Malov. Mean, individual pulses and spectrum of geminga radio emission. In ASP Conf. Ser. 202: IAU Colloq. 177: Pulsar Astronomy - 2000 and Beyond, astro-ph/000241, 2000.

[14]

V.~M. Malofeev and O.~I. Malov. The unusual profile of the radio pulsar geminga. Astronomy Reports, 44:45-55, January 2000.

[15]

V.~M. Malofeev, O.~I. Malov, and N.~V. Shchegoleva. Flux densities of 235 pulsars at 102.5 mhz. Astronomy Reports, 44:436-445, July 2000.

[16]

S.~B. Popov, M. Colpi, M.~E. Prokhorov, A. Treves, and R. Turolla. Log n - log s distributions of accreting and cooling isolated neutron stars. In 5 pages Latex with 3 ps figures. Accepted for publication in ApJ Letters, astro-ph/000241, 2000.

9225+, September 2000.

[17]

S.~B. Popov, M. Colpi, A. Treves, R. Turolla, V.~M. Lipunov, and M.~E. Prokhorov. The neutron star census. ApJ, 530:896-903, February 2000.

[18]

S.~B. Popov, M. Colpi, A. Treves, R. Turolla, V.~M. Lipunov, and M.~E. Prokhorov. Population synthesis of old neutron stars in the galaxy. In IAU Symp. 195: Highly Energetic Physical Processes and Mechanisms for Emission from Astrophysical Plasmas, volume 195, astro-ph/000181+, May 2000.

[19]

S.~B. Popov and M.~E. Prokhorov. Constrains on parameters of magnetic fi eld decay for accreting isolated neutron stars. In 18 pages, 6 PostScript figures, to be published in the Proceedings of the XXVIII ITEP Winter School., astro-ph/0005402+, May 2000.

[20]

S.~B. Popov and M.~E. Prokhorov. Rosat x-ray sources and exponential field decay in isolated neutron stars. A&A, 357:164-168, May 2000.

[21]

S.~B. Popov, M.~E. Prokhorov, M. Colpi, A. Treves, R. Turolla, and V.~M. Lipunov. Isolated neutron stars in the galaxy. In 7 pages, 3 PostScript figures, to be presented at the conference "Hot points in astrophysics", Dubna, August 22-26, 2000., astro-ph/0008199, August 2000.

[22]

M. Revnivtsev, R. Sunyaev, and K. Borozdin. Discovery of 0.08 hz qpo in the power spectrum of black hole candidate xte j1118+480. In 3 pages, 2 figures, submitted in A&A Letters., astro-ph/0005212, May 2000.

[23]

M. Revnivtsev, R. Sunyaev, and K. Borozdin. Discovery of a 0.08 hz qpo in the power spectrum of black hole candidate xte j1118+480. A&A, 361:L37-L39, September 2000.

[24]

A. Shearer, A. Golden, and G. Beskin. Implications of the optical observations of isolated neutron stars. In ASP Conf. Ser. 202: IAU Colloq. 177: Pulsar Astronomy - 2000 and Beyond, astro-ph/000307+, 2000.

[25]

Y.~P. Shitov, V.~D. Pugachev, and S.~M. Kutuzov. Low frequency radio emission of pulsar psr j1907+0919 associated with the magnetar sgr 1900+14. In ASP Conf. Ser. 202: IAU Colloq. 177: Pulsar Astronomy - 2000 and Beyond, astro-ph/000685, 2000.

[26]

N.~R. Sibgatullin and R.Ã. Sunyaev. Energy release during disk accretion onto a rapidly rotating neutron star. Astronomy Letters, 26:699-724, November 2000.

[27]

R. Sunyaev and M. Revnivtsev. Fourier power spectra at high frequencies: a way to disting