Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Для решения поставленных в рамках Проекта задач в 2015 году был разработан трехмерный параллельный численный МГД-код. В основе численного кода лежит физическая модель, в которой динамика плазмы определяется медленным средним течением, на фоне которого с большими скоростями распространяются МГД волны. Такой подход позволяет проводить вычисления с достаточно большим временным шагом, учитывая перенос энергии МГД волнами приближенно. С использованием разработанного кода был исследован процесс формирования и эволюции аккреционных дисков в промежуточных полярах, а также было проведено моделирование процессов массообмена в магнитных катаклизмических переменных с быстро вращающимися белыми карликами. Было показано, что на начальных стадиях формирования диска воздействие наклонного дипольного магнитного поля, как правило, оказывается достаточным для создания первоначального наклонения диска, которое далее поддерживается за счет динамического давления струи вещества из внутренней точки Лагранжа L1, однако по мере роста массы диска его наклонение исчезает. Также было показано, что в системах, где ось собственного вращения аккретора не совпадает по направлению с орбитальной осью, при определенных условиях наклон диска может не возникать. Как показали результаты моделирования, асинхронное вращение аккретора с магнитным полем может приводить к формированию в диске спиральных волн, которые могут оказывать влияние на наблюдательные проявления системы. Результаты расчетов структуры течения в системах с магнитным полем и быстрым вращением аккретора указывают на большое разнообразие возможных режимов течения. Картина течения существенно зависит от физических условий в веществе, взаимодействующем с магнитным полем, и может меняться от транзиентного кеплеровского диска (кольца) до интенсивного квази-радиального потока, покидающего двойную систему. Смена режимов течения происходит на масштабе динамического времени (времени свободного падения), что может вызывать короткопериодические вспышки, наблюдаемые, например, в системе AE Aqr. Также было проведено численное моделирование структуры течения в промежуточном поляре EX Hya. Было рассмотрено две модели, с величиной поля на поверхности белого карлика 8 и 80 кГс. Было показано, что в обоих случаях аккреция имеет колонковый характер, при котором вещество попадает на поверхность аккретора в районе его магнитных полюсов. Аккреционный диск при этом имеет неоднородную вертикальную структуру, в местах, где начинаются аккреционные колонки, толщина диска уменьшается. Аккреционные колонки смещены относительно магнитной оси в сторону, противоположную направлению вращения диска, а области энерговыделения около магнитных полюсов имеют дугообразную форму. Из анализа наблюдательных данных следует, что аккреционные пятна являются очень тонкими и в сумме занимают примерно 3 сотых процента площади аккретора, однако в наших расчетах площадь пятен получается примерно в 100 раз больше, что связано с недостаточным пространственным разрешением модели. Необходимое разрешение может быть получено при моделировании ограниченной области, захватывающей процесс непосредственного формирования аккреционной шторки на внутренней границе аккреционного диска. Подобное моделирование будет проведено на следующем этапе Проекта. Другим направлением исследований в рамках Проекта является изучение процессов развития неустойчивостей в аккреционных дисках. Ранее авторами Проекта было показано, что в аккреционном диске полуразделенной двойной звезды, содержащем прецессионную волну плотности, могут возникать условия для развития газодинамических неустойчивостей, способных вызвать турбулизацию диска, что может объяснить наблюдаемую в реальных системах величину турбулентной вязкости. В рамках первого года Проекта был проведен анализ зависимости величины турбулентной вязкости, получаемой в рамках исследуемой модели от отношения масс системы. Для этого были проведены расчёты течения газа в двойных системах с отношениями масс 0.27, 0.5, 0.7 и 1.0, по результатам численного расчёта каждой модели была решена задача об устойчивости малых возмущений плотности и поля скорости в диске, получены оценки величин турбулентной вязкости и параметра турбулентности Шакуры-Сюняева α. На основе кода, предназначенного для моделирования течений в двойных звездах нами был разработан численный код для исследования процессов взаимодействия атмосфер экзопланет с нестационарным звездным ветром. Для тестирования разработанной модели были проведены расчеты взаимодействия протяженной квази-стационарной оболочки горячего юпитера HD 209458b с ударной волной. Моделирование подтвердило работоспособность разработанной численной модели. По результатам расчетов было установлено, что в рассматриваемом случае квази-замкнутой атмосферы прохождение ударной волны приводит к прерыванию процесса формирования струи из окрестности L1, а сама струя из L1 частично разрушается и теряет заметную часть своего.

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Решаемые в рамках этапа 2016 года задачи включали в себя исследование МГД-течений в полярах и промежуточных полярах, изучение аккреционных процессов в молодых двойных звездах, исследование механизмов возбуждения турбулентности в аккреционных дисках полуразделенных звезд, а также моделирование взаимодействия атмосферы экзопланеты с ударными волнами сталкивающихся ветров в двойной системе KIC 9632895. Кроме того, авторами Проекта в 2016 году был разработан метод определения спектра турбулентности в протопланетных дисках звезд, а также подготовлены предложения для составления научной программы в части наблюдения двойных звезд для космического телескопа Спектр-Ультрафиолет. Проведено трехмерное численное моделирование структуры течения в тесной двойной системе, параметры которой соответствуют асинхронному поляру BY Cam. В рамках гипотезы о существовании значительной квадрупольной компоненты у магнитного поля аккретора в этой звезде было показано, что возможно подобрать параметры ориентации осей симметрии дипольной и квадрупольной компонент таким образом, чтобы на поверхности аккретора формировалось три или даже четыре горячих пятна, что соответствует наблюдениям. В рамках исследуемой модели было выделено несколько вероятных наблюдательных проявлений сложных магнитных полей в асинхронных полярах: дрейф аккреционных пятен из-за вытянутых экваториальных магнитных полюсов, наличие сложных конфигураций потока с формированием двух или трех аккреционных пятен, а также быстро эволюционирующие кривые поляризации, интерпретируемые как несколько пятен со смешанной полярностью. Сравнение результатов моделирования с данными наблюдений позволяет сделать вывод, что гипотезу о наличии сложного магнитного поля в системе BY Cam следует считать подтвержденной. Разработана двумерная численная модель, описывающая в осесимметричном приближении структуру течения в области магнитосферы белого карлика в системе EX Hya. При помощи этой модели исследовались параметры аккреционных течений непосредственно вблизи аккретора. Моделирование показало, что аккреционные колонки в этой области имеют форму шторок, толщина которых превышает значения, определяемые из наблюдений, что, вероятно, объясняется некорректностью стандартного предположения о полном проникновении магнитного поля звезды в плазму диска. Анализ на основе простых оценок показывает, что идея о диамагнитном диске, полностью или частично экранирующем магнитное поле звезды, может оказаться более привлекательной для объяснения наблюдаемых особенностей аккреции в EX Hya. Была определена зависимость α-параметра Шакуры-Сюняева в аккреционных дисках полуразделенных двойных систем от отношения масс компонентов системы. По результатам трехмерного газодинамического моделирования были определены параметры прецессионных волн плотности в аккреционных дисках при различных отношениях масс компонентов двойной звезды, и выполнен анализ устойчивости малых возмущений, проходящих через эти волны. По результатам анализа можно сделать вывод, что среднее значение α-параметра Шакуры-Сюняева уменьшается при приближении отношения масс q к единице. Это уменьшение довольно невелико: если для q=0.05 α≈0.004±0.002, то для q=1.0 было получено α≈0.002±0.001. Была разработана численная модель и проведены расчеты структуры сталкивающихся ветров в системе KIC 9632895. Особенностью этой двойной звезды является наличие экзопланеты, близкой по параметрам к Нептуну. По результатам расчетов получено распределение плотности, скорости и температуры межзвездной среды вдоль орбиты планеты. Было показано, что в процессе орбитального движения планета несколько раз пересекает зоны ударных волн, где плотность вещества и температура существенно повышаются. С использованием полученных данных были проведены тестовые расчеты процессов взаимодействия атмосферы экзопланеты с ударными волнами, присутствующими в этой системе и определен темп потери массы атмосферой. В 2016 году авторами Проекта был предложен метод восстановления характеристик дозвуковой турбулентности по радиоинтерферометрическим наблюдениям оптически тонких эмиссионных линий. Методы, существовавшие ранее, позволяли оценить по этим данным только среднюю величину турбулентных пульсаций, либо основывались на дополнительных предположениях о тепловых свойствах турбулентной среды. Авторами Проекта было показано, что с использованием радиоинтерферометрических наблюдений с различным угловым разрешением возможно найти наклон энергетического спектра турбулентности и, в некоторых случаях, оценить наибольший масштаб турбулентности, а также толщину турбулентного слоя. Эффективность метода была продемонстрирована на двух различных искусственных моделях турбулентной среды. В рамках разработки научной программы в части наблюдения двойных звезд для космического телескопа Спектр-Ультрафиолет авторами Проекта был предложен ряд задач. Было показано, что с помощью данного телескопа могут проводиться исследования течения вещества в окрестности белых карликов, изучаться структура и динамика аккреционных дисков и оболочек катаклизмических переменных звезд, как в спокойном состоянии, так и во время вспышек, а также двойных Be-звезд, симбиотических звезд и звезд некоторых других типов. Также в 2016 году было проведено трехмерное численное моделирование газодинамики околозвездной оболочки системы AK Sco с использованием разработанной ранее авторами проекта численной модели молодой двойной звезды типа Т Тельца с эллиптичной орбитой. Численное решение было использовано для интерпретации наблюдательных данных этой звезды, полученных при помощи космического телескопа им. Хаббла в августе 2014 года. Было показано, что наблюдаемые особенности кривых блеска являются следствием процесса столкновения внешних частей околозвездных аккреционных дисков при прохождении системой точки периастра. Большинство из полученных результатов были представлены участниками Проекта на Международной научной конференции «Аккреционные процессы в космических объектах: молодые звездные объекты, катаклизмические переменные и связанные с ними объекты, рентгеновские двойные системы и активные ядра галактик» (“Accretion Processes in Cosmic Sources: Young Stellar Objects, Cataclysmic Variables, and Related Objects, X-Ray Binary Systems and Active Galactic Nucleii”), заявленной и проведенной в рамках гранта РНФ 15-12-30038 с 5 по 10 сентября 2016 г. в г. Санкт-Петербург.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В рамках этапа 2017 года, нами велись работы по нескольким основным направлениям. Были исследованы течения в магнитосферах белых карликов, была получена замкнутая система уравнений модифицированной магнитной гидродинамики, описывающая течение плазмы в сильном магнитном поле в присутствии развитой волновой альфвеновской турбулентности, исследованы течения в оболочках контактных и полуразделенных двойных звезд, а также получены результаты численного моделирования процесса прохождения экзопланеты через ударную волну в системе двойных звезд и создана модель, позволяющая корректно оценить эффективность нагрева атмосферы такой планеты. Также в этом году нами была проведена научная школа для молодых ученых «Exoplanets in the Binary Stellar Systems» с участием ведущих специалистов из Австрии, Швейцарии и России. Исследования течений в магнитосферах белых карликов позволяют пролить свет на процессы, происходящие в условиях сильных магнитных и гравитационных полей, изучение которых невозможно в земных условиях. Как показали результаты численного моделирования, законы идеальной магнитогидродинамики не могут корректно описать течение в магнитосферах белых карликов, так как получаемые из моделирования параметры течения расходятся с определяемыми из наблюдений. Так, например, толщина аккреционных «шторок» в моделировании оказывается в 2000 раз больше наблюдаемой. Это означает, что для описания течений нам необходимо использовать более сложную модель, учитывающую дополнительные физические явления. В рамках Проекта нами была выдвинута гипотеза о том, что в аккреционные диски промежуточных поляров являются диамагнитными, а толщина аккреционных шторок определяется толщиной диффузионного слоя. Сделанные нами оценки подтверждают это предположение. Также в рамках Проекта нами разработан метод, позволяющий корректно задавать граничные условия при моделировании магнитосфер белых карликов. В рамках Проекта был получен важный результат, позволяющий существенно уменьшить в будущем вычислительные затраты при численном моделировании МГД-течений в широком диапазоне величин магнитного поля и турбулентной энергии. Впервые удалось получить замкнутую систему уравнений модифицированной магнитной гидродинамики, которая позволяет описывать течение плазмы в сильном магнитном поле, в присутствие развитой волновой альфвеновской турбулентности. Подход, использованный при выводе уравнений, корректно учитывает эффекты турбулентных магнитных напряжений, магнитной вязкости и диссипативного нагрева, вызванных волновой турбулентностью. Получены выражения для коэффициента турбулентной магнитной вязкости и коэффициента диссипативного нагрева. Модель может быть применима для исследования структуры течения астрофизической плазмы в сильных магнитных полях, которые встречаются в системах поляров и промежуточных поляров. Проведено трехмерное численное моделирование течения в оболочке контактной звезды SV Cen. Оба компонента контактной звезды заполняют свои полости Роша, образуя общую оболочку. Звезда SV Cen давно привлекала внимание исследователей, так как в ней наблюдались двугорбые профили эмиссионных линий, что характерно для полуразделенных звезд с аккреционными дисками. Нами было показано, что оболочка, формируемая за счет выброса вещества через окрестность точки L2 также может быть источником спектральных линий с двугорбым профилем, что позволяет однозначно причислить эту звезду к классу контактных. Нами был рассмотрен процесс вертикальных колебаний газа на внешнем крае диска в полуразделенных двойных звездах. В звездах такого типа струя вещества из внутренней точки Лагранжа L1, сталкиваясь с внешним краем аккреционного диска, формирует систему ударных волн (т.н. «горячую линию»), при прохождении через которую газ сжимается в экваториальной плоскости системы, что приводит к его расширению в вертикальном (перпендикулярном экваториальной плоскости) направлении. Периодическое газа прохождение через «горячую линию» возбуждает колебания газа на краю диска и формирование стоячей волны с двумя или тремя горбами. Нами было показано, что существует одно «резонансное» отношение масс q=0.6, при котором волна имеет максимальную амплитуду и два «антирезонансных» значения q=0.07 и q=7.0, при которых амплитуда минимальна. Важным результатом является обнаружение связи фаз, на которых находятся горбы и впадины этой волны с отношением масс системы, что позволяет, при благоприятных условиях, определять отношение масс системы по ее кривой блеска. Также нами было показано, что при отношении масс, близком к 0.6 толщина диска в точке, где к нему подходит струя из L1 существенно меньше равновесной, что создает условия для перетекания части вещества струи через край аккреционного диска. Нами было проведено трехмерное моделирование процесса обтекания атмосферы экзопланеты ветром в системе двойной звезды. Ветра компонентов в таких системах сталкиваются, формируя S-образную ударную волну. На предыдущем этапе Проекта нами были проведены расчеты и получены параметры ветра в такой системе, после чего, в рамках этапа 2017 года, с использованием этих данных были проведены расчеты течения в окрестности планеты с параметрами Нептуна, пересекающей ударную волну. Также нами была разработана одномерная аэрономическая модель, позволяющая корректно учитывать нагрев атмосферы такой планеты с учетом вклада фотоэлектронов. Наконец, в 2017 году нами была проведена научная школа для молодых ученых «Exoplanets in the Binary Stellar Systems» с участием ведущих специалистов из Австрии, Швейцарии и России. Тематика школы охватывала широкий круг тем, связанных с двойными звездами и экзопланетами. В рамках школы было прочитано 18 лекций, в ней приняло участие более 50 человек.