Что такое аккреционные диски?

Популярная механикаНаука

Бывают ли плоские звёзды

Звезды любого размера – от красных карликов до голубых сверхгигантов – имеют примерно сферическую форму.

Алексей Левин

И все же в космосе есть великое множество объектов, которые вполне соответствуют столь экстравагантному титулу. Их научное название — аккреционные диски. Звезды, подобно людям, предпочитают объединяться в пары — так называемые бинарные системы. Это столь частое явление, что классик американской астрономии Цецилия Пейн-Гапочкин, которая первой доказала, что вещество Вселенной в основном состоит из водорода, как-то пошутила, что три из двух выбранных наудачу звезд входят в состав какой-нибудь бинарной системы.

Сбежать к соседу

Для определенности сначала остановимся на бинарных системах, состоящих из нормальных (то есть сжигающих водород) звезд главной последовательности, обращающихся вокруг единого центра инерции. Каков типичный механизм переноса вещества внутри достаточно тесной звездной пары? Как правило, обе звезды порождены одним и тем же молекулярным облаком и потому имеют одинаковый состав, но различные начальные массы. Более тяжелая звезда первой сжигает запасы водорода, теряет стабильность, многократно увеличивается в размере и превращается в красный гигант. При этом она может не только заполнить свою полость Роша, но и выйти за ее пределы. В таком случае центр звезды уже не сможет удержать своим тяготением вещество раздувшейся оболочки, и звезда начнет терять вещество. Значительная часть этого газа пройдет сквозь горловину на стыке полостей Роша и попадет в гравитационный плен к звезде-компаньонке. Из-за исхудания звезды-донора ее полость Роша будет стягиваться, из-за чего скорость утечки вещества со временем увеличится. Даже когда сравняются массы звезд, утечка только замедлится, но не прекратится вовсе.

06b14dd49a69f6f0984ae5a223c18df6.jpg
Аккреционный диск – это структура, которая образуется из вещества, вращающегося вокруг центрального тела – молодой звезды или протозвезды, белого карлика, нейтронной звезды или черной дыры. Вещество диска под действием гравитации по спирали падает на центральную звезду, при этом происходит разогрев вещества, что порождает электромагнитное излучение, длина волны которого зависит от типа звезды. Диски вокруг молодых звезд и протозвезд излучают в длинноволновом (инфракрасном) диапазоне, а вокруг компактных массивных объектов типа нейтронных звезд и черных дыр – в коротковолновом (рентгеновском).

Перенос вещества знаменует начало сложной эволюции звездной пары. Вторая (менее массивная) звезда захватывает материю соседки и увеличивает свой угловой момент. Чтобы сохранить суммарный момент бинарной системы, звезды сближаются. Позже, когда первая звезда становится легче компаньонки, они начинают расходиться — опять же в силу сохранения общего углового момента. Однако если вторая звезда успеет выйти за границы своей полости Роша, она тоже окажется обречена на потерю плазмы.

Эти превращения чреваты различными исходами, и астрономы пока не умеют их точно моделировать. Однако не подлежит сомнению, что часть выброшенной материи выходит на орбиты, целиком окружающие звездную пару. Чаще всего эта материя образует плоское вращающееся кольцо, которое называется диском экскреции (от лат. excretio — «выделение»). В особых обстоятельствах звездная пара может даже утонуть в шарообразном газовом облаке, порожденном ушедшей в пространство плазмой. Вто же время каждая звезда имеет шансы обзавестись своим собственным колечком поменьше и поплотнее — аккреционным диском (accretio, «прирост»). Возможны и более экзотические сценарии (такие как столкновение и слияние звезд или же съедение соседки более крупной звездой), но в такие дебри мы не станем даже заглядывать.

3896b2fb60a12016ab15be1d4c8bd8ed.jpg
Полости Роша разграничивают области гравитационного влияния каждого из компаньонов в двойной звездной системе. Все, что находится внутри соответ-ствующей полости, может обращаться только вокруг «своей» звезды. Перетекать из одной полости в другую вещество может только через «горловину», соединяющую полости.

До сих пор речь шла о нормальных звездных парах, но для запуска аккреции вполне достаточно, чтобы всего один партнер обладал газовой оболочкой, способной раздуваться и уходить сквозь горловину полости Роша. Поэтому аккреция возникает, и когда бинарная система объединяет обычную звезду с телом из вырожденной материи, то есть белым карликом, или нейтронной звездой, или даже с черной дырой (исторически аккреционные диски впервые обнаружили при наблюдении белых карликов, имеющих в компаньонах обычные звезды). Более того, именно такие аккреционные процессы имеют наиболее эффектные последствия. Хорошие примеры — взрыв сверхновой типа Iа, обусловленный длительной аккрецией на поверхность белого карлика, почти достигшего верхнего предела своей массы, а также возникновение рентгеновского пульсара, вызванное аккрецией на сильно намагниченную нейтронную звезду. Тем не менее аккреционные диски в системах обычных двойных звезд более типичны — хотя бы потому, что таких пар гораздо больше.

Центрами аккреции могут оказаться и одиночные космические объекты. Любое тело, окруженное газовой или газопылевой средой, притягивает ее частицы, и они могут либо на его поверхность, либо формировать аккреционный диск (что с успехом делают молодые звезды, недавно сформировавшиеся из газопылевых облаков). Однако все же наиболее интересные феномены наблюдаются в аккреционных дисках, возникших в тесных бинарных системах.

Полости Роша

Каждая звезда окружена областью пространства, где господствует ее собственное притяжение, а не гравитация соседки. Размер этой зоны, естественно, зависит от массы звезды. Если такие области пересечь плоскостью, в которой движутся оба светила, получится нечто вроде восьмерки — две вытянутые в линию петельки с единственной общей точкой на отрезке, соединяющем звездные центры (для большей наглядности придется остановить время, ведь эта фигура вращается). В этой точке каждая из звезд тянет в свою сторону с одинаковой силой, и суммарный вектор гравитации оказывается равным нулю. Ее называют первой точкой Лагранжа, хотя вообще-то двумя десятками лет ранее ее выявил Леонард Эйлер.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Как правильно выбрать собаку: простые тесты для определения своего питомца Как правильно выбрать собаку: простые тесты для определения своего питомца

Как при выборе собаки оценить её характер и поведение

Популярная механика
Как похудеть без диет: реальные способы сбросить вес, не ужесточая питание Как похудеть без диет: реальные способы сбросить вес, не ужесточая питание

Можно ли похудеть без диет? Давай разберемся!

Cosmopolitan
Потепление не смогло заменить диатомовые водоросли динофлагеллятами Потепление не смогло заменить диатомовые водоросли динофлагеллятами

Почему динофлагелляты они не стали преобладать над диатомовыми водорослями

N+1
Дамблдор от моды. Парижский показ-трибьют Альберу Эльбазу, который войдет в историю Дамблдор от моды. Парижский показ-трибьют Альберу Эльбазу, который войдет в историю

Шоу-трибьют в честь Альбера Эльбаза

Esquire
Нерусская водка: какие бренды популярнее всего за рубежом Нерусская водка: какие бренды популярнее всего за рубежом

О самых популярных брендах иностранной «беленькой»

Maxim
Екатерина Климова: Если хочешь чего-то большего, сделай это сама Екатерина Климова: Если хочешь чего-то большего, сделай это сама

Екатерина Климова – о семейных буднях, женском счастье и, конечно, о красоте

Добрые советы
«Иван Грозный» Сергея Эйзенштейна: фильм о Сталине или автопортрет режиссера? «Иван Грозный» Сергея Эйзенштейна: фильм о Сталине или автопортрет режиссера?

О наследии картины «Иван Грозный» Эйзенштейна, о том, как она смотрится сегодня

Esquire
Нашли не всех: знаменитости, пропавшие при загадочных обстоятельствах Нашли не всех: знаменитости, пропавшие при загадочных обстоятельствах

Мы решили вспомнить исчезавших знаменитостей. Увы, повезло не всем

Cosmopolitan
«Прощай, сестра»: история одного семейного крушения «Прощай, сестра»: история одного семейного крушения

Наша героиня столкнулась с предательством людей, которых считала самыми близкими

Psychologies
Зеленый стартап: запустить производство полезной соли перед пандемией и не прогореть Зеленый стартап: запустить производство полезной соли перед пандемией и не прогореть

Предпринимательница из Астрахани Наталья Хазова выпускает альтернативу соли

Forbes
Главред «Новой газеты» Дмитрий Муратов получил Нобелевскую премию мира. Кажется, это понравилось не всем Главред «Новой газеты» Дмитрий Муратов получил Нобелевскую премию мира. Кажется, это понравилось не всем

Дмитрия Муратова и Марию Ресса наградили за «усилия по защите свободы слова»

СНОБ
Антон Филипенко: «Адекватность должна быть во всем» Антон Филипенко: «Адекватность должна быть во всем»

Антон Филипенко о том, как стал актером и почему его однажды попросили уйти

Cosmopolitan
Загадки эдиакарской биоты: необычные ископаемые Загадки эдиакарской биоты: необычные ископаемые

Эдиакарская биота — фауна организмов, населявших Землю миллионы лет назад

Популярная механика
Как меняются отношения после рождения ребенка Как меняются отношения после рождения ребенка

Как победить кризис в отношениях после рождения ребенка?

Лиза
Евгений Федоров Евгений Федоров

Tequilajazzz наконец-то выпускает новый альбом «Камни» — впервые за 12 лет

Собака.ru
17 эффективных способов снизить стресс 17 эффективных способов снизить стресс

Все мы иногда попадаем в ситуации, которые выбивают нас из колеи

Psychologies
Советская ведьма: как графиня Мария Капнист после ГУЛАГа сделала карьеру в кино Советская ведьма: как графиня Мария Капнист после ГУЛАГа сделала карьеру в кино

Она видела, как убивали ее родственников, прошла ГУЛАГ и стала знаменита

Cosmopolitan
Присоединяй и властвуй Присоединяй и властвуй

Примеры объявления одним государством об аннексии другого

Дилетант
Глория Свенсон VS Белла Хадид: как менялись женские стандарты красоты за 100 лет Глория Свенсон VS Белла Хадид: как менялись женские стандарты красоты за 100 лет

Как изменились идеалы красоты со времен золотого века Голливуда?

Cosmopolitan
Лучшие фильмы 2020-2021, которые ты мог пропустить Лучшие фильмы 2020-2021, которые ты мог пропустить

Человечество перешло на домашнее, карантинное потребление кино

Maxim
Николай первый Николай первый

Николай Полисский — первый российский художник работающий в жанре ленд-арт

AD
Топ-5 самых странных моментов бондианы Топ-5 самых странных моментов бондианы

Даже в фильмах о легендарном спецагенте есть киноляпы

Maxim
Бутылочный метод позволил измерить время жизни нейтрона с рекордной точностью Бутылочный метод позволил измерить время жизни нейтрона с рекордной точностью

Физики представили результаты измерения времени жизни ультрахолодных нейтронов

N+1
Самые громкие конфликты артистов с продюсерами: от Антохи МС до Тимы Белорусских Самые громкие конфликты артистов с продюсерами: от Антохи МС до Тимы Белорусских

Как артисты теряют права на треки и свои псевдонимы

GQ
Как оказать себе первую психологическую помощь? Как оказать себе первую психологическую помощь?

Как научиться самостоятельно оказывать себе психологическую помощь?

Psychologies
Сувениры Севера Сувениры Севера

Норильск — город «Норникеля» и ворота главного природного сокровища Заполярья

Robb Report
Отечественная жуть: 7 отличных российских хорроров Отечественная жуть: 7 отличных российских хорроров

Собрали семь российских ужастиков, которыми можно пугать не только детей

Cosmopolitan
Психологические факты, которые изменят вашу жизнь Психологические факты, которые изменят вашу жизнь

Знания об устройстве мозга помогут изменить жизнь к лучшему

Psychologies
Загадка Философского камня: как ученые расшифровали древний рецепт эликсира жизни Загадка Философского камня: как ученые расшифровали древний рецепт эликсира жизни

Один из возможных рецептов Философского камня!

Популярная механика
Не верь глазам своим. Автомобили, которые прикидываются другими брендами Не верь глазам своим. Автомобили, которые прикидываются другими брендами

Иногда автомобили, как совы, оказываются вовсе не тем, чем кажутся

Maxim
Открыть в приложении