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

10 опасных продуктов, от которых стоит отказаться навсегда 10 опасных продуктов, от которых стоит отказаться навсегда

Растительное масло, соя и даже рыба могут быть очень опасны для нашего здоровья

Популярная механика
Как позаботиться о себе, если у тебя «работа на ногах» Как позаботиться о себе, если у тебя «работа на ногах»

Реально ли избежать постоянной усталости ног от стоячей работы?

Лиза
Выяснилось, что микропластик вызывает резистентность к 4 видам антибиотиков Выяснилось, что микропластик вызывает резистентность к 4 видам антибиотиков

Микропластик активно помогает бактериям развивать устойчивость к лекарствам

Inc.
Фактор риска: что нужно знать о тромбозе Фактор риска: что нужно знать о тромбозе

Что нужно знать о факторах риска образования тромбов и как себя защитить?

Домашний Очаг
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Вперед, к моногамии: как предотвратить измену Вперед, к моногамии: как предотвратить измену

Измена входит в топ-3 причин развода. Но можно ли ее избежать?

Cosmopolitan
Знаменитая японская система умывания: 7 шагов к идеальной коже Знаменитая японская система умывания: 7 шагов к идеальной коже

Многоступенчатая система умывания по-азиатски

VOICE
Средиземноморская диета: что говорят о ней отзывы Средиземноморская диета: что говорят о ней отзывы

Рассказываем о плюсах и минусах средиземноморской диеты и делимся идеями меню

Cosmopolitan
Новый континент Новый континент

Интерьер в стиле американской классики

SALON-Interior
Незолотое кольцо: 5 лучших архитектурных маршрутов по России Незолотое кольцо: 5 лучших архитектурных маршрутов по России

У нас огромное количество памятников разнообразных архитектурных стилей

Популярная механика
«Что мне помогло победить панические атаки» «Что мне помогло победить панические атаки»

Наша героиня сумела добиться результатов в борьбе с паническими атаками

Psychologies
Кастрюли у чистюли Кастрюли у чистюли

Лайфхаки для тех, кто не хочет мыть посуду «химией»

Лиза
В ГИБДД рассказали о «фенах». Как они работают и что умеют фиксировать В ГИБДД рассказали о «фенах». Как они работают и что умеют фиксировать

Водители обратили внимание на ручные радары у инспекторов ГИБДД

РБК
Пишет код «на туманном Олимпе»: физик-программист уже 2,5 года работает в виртуальной реальности по 9 часов в день Пишет код «на туманном Олимпе»: физик-программист уже 2,5 года работает в виртуальной реальности по 9 часов в день

Как программист обустроил себе рабочее место в виртуальной реальности

VC.RU
7 причин, почему ребенок плохо учится 7 причин, почему ребенок плохо учится

Как выяснить причину двоек и троек, а затем помочь своему ребенку?

Psychologies
За самозанятость! За самозанятость!

Почему самозанятость — это выгодно и удобно

Лиза
Стрекозы преодолели Индийский океан благодаря попутным ветрам Стрекозы преодолели Индийский океан благодаря попутным ветрам

Рыжие бродяжки мигрируют без остановок более чем на 2000 километров

N+1
Опасные, загадочные и романтичные: лучшие мафиози из кино и сериалов Опасные, загадочные и романтичные: лучшие мафиози из кино и сериалов

Тони Сопрано, Томас Шелби, Амстердам и другие плохие парни кинематографа

Cosmopolitan
Все о каско: сколько стоит, где оформить, что покрывает и другое Все о каско: сколько стоит, где оформить, что покрывает и другое

Для чего автомобилисты страхуют машину по каско?

РБК
Хэллоуин по-русски: 10+ самых странных мистических историй из реальной жизни Хэллоуин по-русски: 10+ самых странных мистических историй из реальной жизни

Пугающие и смешные мистические истории

Cosmopolitan
Телеканал, одежда, алкоголь и поддержка малого бизнеса: музыка подарила Пи Дидди славу, а предпринимательство — деньги Телеканал, одежда, алкоголь и поддержка малого бизнеса: музыка подарила Пи Дидди славу, а предпринимательство — деньги

Рэпер Шон Комбс помогает малому бизнесу и инвестирует в техпроекты

VC.RU
Крепкие руки и ровная спина: подтягивания — виды, техника, таблица и упражнения Крепкие руки и ровная спина: подтягивания — виды, техника, таблица и упражнения

Всё, что вы хотели знать о самом эффективном упражнении — о подтягиваниях

VOICE
Они идут Они идут

Часы сегодня — средство самовыражения и туристический аттракцион

Вокруг света
Что если в будущее возьмут нас? Отрывок из книги  Ника Монтфорта «Будущее» — о том, как почувствовать, что все в наших руках Что если в будущее возьмут нас? Отрывок из книги  Ника Монтфорта «Будущее» — о том, как почувствовать, что все в наших руках

Фрагмент книги «Будущее» об изобретателе компьютерной мыши

Esquire
Зачарованная война Зачарованная война

О «Повести пламенных лет» Юлии Солнцевой, получившей приз за режиссуру в Канне

Weekend
Дал бог зайку, но за что? Честные сериалы про материнство Дал бог зайку, но за что? Честные сериалы про материнство

Подборка честных сериалов о материнстве, которые рассказывают все как есть

Cosmopolitan
От первого в СССР магазина с западными стандартами до устаревшего ТЦ: история универмага «Москва» От первого в СССР магазина с западными стандартами до устаревшего ТЦ: история универмага «Москва»

История универмага «Москва»

VC.RU
Марк Цукерберг Марк Цукерберг

Правила жизни создателя Facebook Марка Цукерберга

Esquire
Можно помедленнее? Можно помедленнее?

Slow sex («медленный секс»). Точно стоит попробовать, если есть время и силы

Cosmopolitan
От Плюща до Иерусалимы: самые необычные имена детей зарубежных знаменитостей От Плюща до Иерусалимы: самые необычные имена детей зарубежных знаменитостей

Знаменитости, придумавшие оригинальные имена своим детям

Cosmopolitan
Открыть в приложении