\documentstyle[12pt]{article}
\begin{document}
\large
\frenchspacing
\begin{center}

                        ОБ`ЕКТЫ ХЕРБИГА-АРО
\\
	A.А.Панферов\\
       (САО РАН)\\
        С.Б.Попов\\
       (ГАИШ)\\
\end{center}

\baselineskip=1.4\baselineskip

АННОТАЦИЯ.\\

     ЗВЕЗДООБРАЗОВАНИЕ--СЛОЖНЫЙ МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ ПРОЦЕСС.
МНОГОЕ В НЕМ ПОКА ОСТАЕТСЯ НЕПОНЯТНЫМ. ВСЕ ЗВЕНЬЯ ЦЕПИ ОБРАЗОВАНИЯ
ЗВЕЗДЫ ЗАСЛУЖИВАЮТ ОТДЕЛЬНОГО РАССМОТРЕНИЯ.

     ОБЪЕКТЫ ХЕРБИГА-АРО--ОДИН ИЗ ВАЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБЩЕЙ КАРТИНЫ
ЗВЕЗДООБРАЗОВАНИЯ. ИЗУЧЕНИЕ ЭТИХ ТУМАННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ ПРИВЕЛО К
БОЛЕЕ ЯСНОМУ ПРЕДСТАВЛЕНИЮ О ТОМ, КАК РОЖДАЮТСЯ ЗВЕЗДЫ.	И ОТКРЫЛО
ЗАМЕЧАТЕЛЬНУЮ КАРТИНУ СЛОЖНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ
В ОКРЕСТНОСТЯХ "НОВОРОЖДЕННОЙ" ЗВЕЗДЫ.

\pagebreak

     История астрономии богата заблуждениями относительно  природы
небесных тел. Одним из таких заблуждений  было  представление  об  объектах
Хербига-Аро  как о рождающихся звездах.
Эти  объекты напоминают звездообразные оптические источники. Первые три
НН-объекта НН1, НН2 и НН3 были открыты в 1950г.
Г.Аро ( Мексика ) и  Дж. Хербигом ( США ) в  созвездии
Ориона при обзоре звезд, излучающих в линии водорода $Н_{\alpha}$.
По первым буквам фамилий первооткрывателей (Herbig и Haro) эти
объекты часто обозначают просто НН, так будем поступать и мы.
Объекты Хербига-Аро расположены, как правило, группами. 
Их пространственная связь с газово-пылевыми
облаками и схожесть спектра  со  спектром  молодых  звезд  типа  Т
Тельца, казалось бы, свидетельствовали о рождении
звезд внутри НН-объектов. Казалось, что молодые звезды рождаются
на глазах у астрономов: новые НН-объекты появлялись в туманностях
за несколько десятков лет.

     Изучение  природы НН-объектов затрудняла их относительно
низкая светимость:  ярчайшие из  них - 15-ой звездной   величины.
Наблюдения в   широкой  области  спектра (от ультрафиолетовой   до
радио)   постепенно  привели к пониманию места НН-объектов в общей
картине физики межзвездной среды и процесса звездообразования.

     Существенное свойство
всех НН -- их связь со сверхзвуковыми потоками газа. В 1975
г. Р.Шварц (Германия)
предположил, что НН - это облака газа, излучение в которых
возбуждается   ударной   волной.

На    сегодняшний      день        все        проявления        НН
 нашли объяснение  в  модели    столкновения    облака   с
окружающей  средой, сверхзвуковые движения  в которой возбуждаются
активной  звездой.   НН  были обнаружены   в  остатках     вспышек
сверхновых,   в областях  звездообразования   и   в    планетарных
туманностях.   Таким  образом,   НН  появляются   в     результате
обильного, и возможно взрывообразного, истечения газа от звезд.

\begin{center}
                       Свойства НН-объектов
\end{center}

     Объекты Хербига--Аро -- туманности, которые светят, в
основном, неотраженным светом. Поэтому излучение, приходящее
от НН-объектов, отличаются от излучения туманностей
других типов.

     В спектре НН-объектов, в отличии от спектров
фотоионизованных туманностей, много
 линий низкого возбуждения.  Наиболее  сильные --
 бальмеровские  линии  водорода  и  запрещенные  линии  низкого
возбуждения ( [ОI],  [SII],  [NI],  [FeII] -- здесь
скобки обозначают, что линии относятся к так называемым
запрещенным, а римская цифра за символом элемеента
обозначает степень ионизации).  По  отношениям  их
интенсивностей определяют характерные  физические  параметры  в  НН:
температура $Т_е=10^4 К $ и плотность $ n_е=10^4 см^{-3}$.
Моделирование спектров показывает, что скорости ударных волн,
нагревающих газ, равны 30--180 км/с, а максимальные скорости,
измеряемые по ширине спектральных линий, составляют V=400 км/c.
Такие большие  скорости
обеспечивают    достаточную    энергию    для    излучения    в
ультрафиолетовой области  спектра  и  образования  линий  высокого
возбуждения, таких как [ОIII] и СIV. В зависимости от вида спектра
НН-объекты подразделяются на объекты низкого возбуждения и объекты
высокого  возбуждения.  Физически  такое  разделение   объясняется
различием скорости ударных волн в НН этих двух типов.

     В  отличии  от  точечных  источников  излучения  (звезд)   НН
обладают кроме спектральных характеристик еще морфологическими  и
динамическими. Все эти характеристики связаны между собой. Так, для
некоторых  НН обнаружена  следующая   корреляция:   большим
собственным скоростям соответствует спектр меньшего  возбуждения.
Это предполагает возбуждение газа на фронте  ударной  волны  между
облаком и ускоряющим его  потоком.  Соответственно  ударная  волна
ориентирована,  как      обнаружилось,   вверх   по   течению
относительно облака. Изучение НН в различных  спектральных
линиях помогает понять их  структуру.  Оказалось,  что
линии высокого возбуждения, например [ОIII], имеют большие ширины,
чем линии низкого возбуждения, например  [ОI],  и, к тому же, они
 пространственно
разделены.  Эти  линии  образуются  в  газе  с  разной
температурой. Поэтому в линии [OIII] мы видим фронт ударной волны, где
турбулентность и температура максимальны, а область  рекомбинации
за этим фронтом видим в линии [OII]. Многие НН излучают в линиях молекул,
что также хорошо согласуется не с фотоионизацией, а с нагревом
ударной волной.

     Последние исследования показывают, что
     большинство НН-объектов  находится  в  биполярных  потоках,
представляющих собой узконаправленные истечения газа  в  двух
противоположных направлениях от  молодых  звезд  типа  Т  Тельца.
(Земля и Вселенная,1994,N2,с.12).Изучение
связи НН-объектов и биполярных потоков способствовало пониманию
природы НН-объектов. Собственные скорости НН-объектов  и  скорости
биполярных потоков обычно близки по направлению (см.рис.3).
Сами  же  НН -- ярчайшие детали этих потоков. Ярчайшие  НН
интерпретируются как головные ударные волны струй,  или,  согласно
часто использующейся терминологии, как 'рабочие поверхности'.
Они распологаются на
вершине струй,  имеют  изогнутую  форму  и  сложную  структуру (см.рис.2 и 4).
 В отличии от них НН в теле  струй  могут  быть  образованы  ударными
волнами другого  типа,  которые  имеют  плоскую  форму  и  меньшую
дисперсию скоростей, что отражается на ширине эмиссионных линий. В
некоторых струях есть несколько головных ударных волн,  которые
вероятно образовались в результате дискретных выбросов газа в струе.
Тип ударной волны определяет распределение интенсивности излучения
и  состояния  ионизации в  струе:
 головные ударные волны -- наиболее яркие и горячие образования в струе.

     НН-объекты  по  космическим  меркам  очень   быстро   эволюционируют:
время их жизни составляет от десятков до сотен лет, и примерно равно
времени прохождения звуковой волны через облако. Скорости движения
НН  достигают  300 км/с, а размеры--сотни астрономических
единиц. Скорость движения НН-объектов в струе зависит от плотности
среды, через которую пробивается струя:  чем  плотнее  среда,  тем
меньше скорость. Типичные светимости НН-объектов около $0.1 L_{\odot}$.
Разнообразие  параметров  среды,  в  которой  встречаются  НН,   и
множество физических процессов, влияющих на их эволюцию,  приводят
к наблюдаемому разнообразию морфологии этих объектов.

\begin{center}
                        Физика НН-объектов
\end{center}

     Природа НН-объектов прояснилась, когда поняли их связь со
сверхзвуковыми  потоками.  Движение  газа  в этих струях при   наличии
препятствия приводит к образованию ударной волны - области раздела
среды с  резко  различающимися  физическими  параметрами  газа  по
разные стороны от фронта. Струя, двигаясь   через
среду со сверхзвуковой скоростью, с  одной  стороны,  сгребает
газ из среды и ускоряет его, а с  другой  стороны,  газ самой струи
замедляется в головной ударной  волне.  В  результате  за  фронтом
ударной  волны  происходит  уплотнение  газа,  который  при этом
вследствии
диссипации  кинетической   энергии   разогревается   и   излучает.
Уплотнение и нагрев газа может происходить и при движении  ударной
волны, возбужденной в неподвижной среде. Таковы основные  механизмы
образования НН объектов.

     Подойти к пониманию эволюции  и  структуры  НН-объектов помогают
наблюдения  с помощью инструментов  высокого  разрешения.  Однако,
стремясь к более детальному изучению,  исследователи  НН-объектов
обращаются к помощи численного эксперимента  на  компьютере.  Этот
способ изучения также имеет свои особые трудности. Например, чтобы
смоделировать реальную структуру НН-объекта, необходимо решить
трехмерную нестационарную гидродинамическую  задачу, с учетом  эффектов
охлаждения излучением, переноса излучения,  состояния ионизации
и т.д. В полном объеме это  пока сделать не удается.

 Результаты
 численных  и    лабораторных  экспериментов
показывают, что НН, являющиеся рабочими  поверхностями
струй, имеют два основных  ударных  фронта. Во-первых это   диск
Маха, где движение  струи  замедляется. Он  имеет  плоскую
форму. Во-вторых это сама головная ударная волна,
  с  изогнутой  формой,
ускоряющая газ из окружающей среды (см.рис.2 и 5). В теле струи в результате
взаимодействия со  средой  с  боков  развиваются  плоские  ударные
волны, которые по своим свойствам похожи на упомянутый  выше  диск
Маха. Тепловая неустойчивость за ними может привести к образованию
НН объектов. Вообще, множество динамических и тепловых
неустойчивостей играет большую роль в
образовании НН-объектов. Эти неустойчивости "виновны" также в  разбиении  крупных
облаков на более мелкие. Возможно из-за этого излучает  не
весь видимый объем НН-объектов, а лишь его часть (для
некоторых НН эта доля составляет 0.001).
Цепочка НН, хорошо видимая на полученных изображениях,
представляет собой уплотнения газа в струе.
 Если  НН-объект  движется в струе относительно фонового потока
со сверхзвуковой  скоростью,
то он похож на  "рабочую
поверхность" в голове струи. НН могут образовываться  и  из  газа,
проникшего через боковую поверхность струи.
Все эти эффекты наблюдаются в той или иной степени у разных  струй
и НН-объектов.

     Раз сформировавшись, НН  претерпевает диссипацию и разрушающее
воздействие  со  стороны  окружающей  среды.  На  границе  раздела
происходит  турбулентное  перемешивание  газа  из двух  сред.  Это
приводит к увеличению ширин линий в спектре. При обтекании облака потоком
давление  в  облаке, согласно  эффекту, Бернулли   уменьшается   в
направлении, перпендикулярном  скорости  потока ( облако
расширяется в этом направлении со скоростью звука). Дополняют
разрушающее  воздействие  различные  неустойчивости  и   испарение
облаков. В результате  облако  может  быть  раздроблено  на  более
мелкие облачка.

 Подобная эволюция облачной  структуры  в  диффузных
астрономических источниках является универсальной: она видна  и  в
оболочках вокруг звезд, и  в  межзвездной  среде,  и  в  оболочках
вокруг активных галактических ядер, и в  аккреционных  потоках  на
массивные галактики. Например, до сих пор неясной остается структура
сверхбыстрых струй у рентгеновской двойной звезды SS433, одного
из наиболее интригующих объектов современной астрофизики ("Земля и
Вселенная" 19           ).

Свидетельства о неоднородной структуре струй SS433 поступают как
из спектральных наблюдений так
и из энергетических соображений. Известно,  что
кинетическая светимость струй примерно равна $L_k=10^{39} $ эрг/с,
а светимость в линии $Н_{\alpha}: L_h =10^{36}$ эрг/с. Из этих
уравнений получают,  что   излучающим   газом
заполнена лишь $ 10^{-5}$ часть объема  струи. Характерный размер
облаков в струях SS433 можно оценить разными способами. Самый прямой--
по времени переменности, которую связывают с  появлением  в  струе
нового облака. Это дает размер порядка $10^{12}$ см. Другой метод,
учитывающий полное количество облаков  в  струе,  также  дает  около
$10^{12}$ см.А вот по отношениям интенсивностей различных эмиссионных
линий получается около $10^8$  см. Возникшее противоречие,
возможно, является кажущимся и объясняется тем, что для оценки
размеров использовались разные свойства одного и того же феномена.
Ведь облако может состоять из множества более мелких облачков,
что и будет  определять  наличие  нескольких  масштабов.  Возможно,
более точный ответ на вопрос о структуре струй  SS433  мы  получим
изучая НН-объекты, которые  можно наблюдать  с  гораздо  большим
пространственным разрешением.

     Несмотря  на  большие  успехи,  достигнутые  в  исследованиях
природы НН-объектов, остается  невыясненной  их  эволюция.  Особый
интерес в исследованиях НН-объектов  представляют    вопросы
 о физических процессах, связанных  с  возбуждением  и
распространением  ударных  волн,  о  процессах  обмена  массой   и
энергией на границе раздела двух сред, о влиянии этих процессов на
излучение. В  силу  турбулентной  природы  пограничного  слоя  при
высоких скоростях и сложности протекающих в нем  процессов  он  не
поддается точному теоретическому описанию, а возможности наблюдений
ограничены невысоким пространственным разрешением.
 В последнее время    интерес  к НН-объектам заметно усилился в связи
с увеличением мощности компьютеров, применяемых для
численного    моделирования   и    улучшением
пространственного   разрешения   телескопов.   Великолепные
перспективы  для  наблюдений  НН-объектов открувает    космический
телескоп   им.   Хаббла.   Исследования   НН    объектов    помимо
самостоятельной  важности  имеют  большое  значение  для  изучения
образования   звезд,   побочным   продуктом   которого    является
большинство НН-объектов.


\pagebreak
                 Подписи к рисункам.\\

Рис.1. Область неба в созвездии Ориона с НН1 и НН2 объектами,
представляющие собой головные ударные волны двух противоположно
направленных струй. НН2 сильно фрагментирован.
Общий размер комплекса 0.4 пс.\\
(Из работы Б.Рейпурта, С.Хэлткота, М.Рота, А.Норьега-Креспо и А.Рага)

Рис.2. НН34 -- комплекс НН-объектов в облаке
L1641 в созвездии Ориона. В центре видна струя, направленная
в сторону НН34 (это головная ударная волна струи).
С противоположной стороны от источника струи видна другая головная
ударная волна, но соответствующая ей струя не обнаружена.
НН34 движется в пространстве со скоростью 330 км/с, под углом  30 градусов
к лучу зрения.\\
(Из работы Б.Рейпурта и С.Хэлткота)

Рис.3. Кинематическая карта НН34,
 состоящего из нескольких сгустков, заключенных в менее плотную общую
оболочку.\\
(Из работы Дж.Эйслоффера и Р.Мандта)

Рис.4. Структура головы струи. Сверхзвуковое движение струи (1)
через окружающую среду (2) приводит к образованию главных ударных
волн (сплошная линия) и контактных разрывов (пунктир штрихами и
точками), которые разделяют четыре различные области ( в 1В и 2В
находится газ, прошедший через ударные волны). Стрелками обозначены
скорости струи $V_с$ и головной ударной волны $V_{ув}$.

Рис.5. Результат компьютерного моделирования струи.
Изображение в линии $Н_{\alpha}$.
Источник струи переменен.
Струя состоит из цепочки ярких узлов, каждый из которых
имеет "рабочую поверхность". Струя расположена под углом 30 град
к лучу зрения.\\
(Из работы Дж.Стоуна и М.Нормана)

\end{document}
