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

Дофаминовое голодание: панацея от повседневных зависимостей или упорная работа над собой Дофаминовое голодание: панацея от повседневных зависимостей или упорная работа над собой

Сейчас люди нередко обращаются к дофаминовому голоданию

Популярная механика
«23 ребенка и 16 нянек». Жена грузинского миллионера рассказала о своей семье «23 ребенка и 16 нянек». Жена грузинского миллионера рассказала о своей семье

В семье Кристины Озтюрк и ее мужа-бизнесмена Галипа Озтюрка 23 ребенка

Cosmopolitan
Обычный лед оказался флексоэлектрическим Обычный лед оказался флексоэлектрическим

Лед проявил сегнетоэлектрические свойства

N+1
На чем свет стоит На чем свет стоит

Мы вспомнили главное, что определяло картину жизни нулевых

Tatler
Завтрак с Сократом Завтрак с Сократом

Философия повседневной жизни

kiozk originals
История первой и единственной кошки в космосе История первой и единственной кошки в космосе

Как кошка С 341 стала первой космонавткой

Maxim
Футуролог Митио Каку — о том, когда путешествия во времени станут возможны Футуролог Митио Каку — о том, когда путешествия во времени станут возможны

Отрывок из книги Митио Каку «Уравнение Бога. В поисках теории всего»

Forbes
Что недоговаривают производители умных телевизоров: учимся читать между строк Что недоговаривают производители умных телевизоров: учимся читать между строк

Что нужно учесть при покупке Смарт-ТВ

CHIP
Как утопия превратилась в фэнтези Как утопия превратилась в фэнтези

Проект Григория Ревзина «Оправдание утопии». Уильям Моррис: «Вести ниоткуда»

Weekend
5 неочевидных симптомов варикоза 5 неочевидных симптомов варикоза

Какие симптомы предупреждают о варикозе?

Лиза
Гений места Гений места

Квартира, в которой интерьер связан с экстерьером дома

SALON-Interior
25 отличных хорроров, которые можно посмотреть на Netflix прямо сейчас 25 отличных хорроров, которые можно посмотреть на Netflix прямо сейчас

Хорроры: от признанной классики до глупых фильмов категории B

Правила жизни
Диета при панкреатите: что можно и нельзя есть. Советы врача Диета при панкреатите: что можно и нельзя есть. Советы врача

Рассказываем о причинах панкреатита и о том, какие ограничения он накладывает

РБК
Самые страшные вещи, которые люди видели в море Самые страшные вещи, которые люди видели в море

Отправляешься на берег моря с бархатным песочком? Не забудь электрошокер

VOICE
Кавказ подо мною Кавказ подо мною

Отправляемся в Приэльбрусье!

Лиза
Настоящие лица древних тесинцев Настоящие лица древних тесинцев

Как выглядели суровые сибирские мужики две тысячи лет назад

Наука
В США обнаружили обугленные семена табака возрастом более 12 тысяч лет В США обнаружили обугленные семена табака возрастом более 12 тысяч лет

Археологи обнаружили обугленные семена табака, возраст которых около 12300 лет

N+1
«Это вам не красивое кино». Женщина рассказала, как стала частным детективом «Это вам не красивое кино». Женщина рассказала, как стала частным детективом

Александра Квик уже год как бросила работу бухгалтера и стала частным детективом

Cosmopolitan
Астрономы подтвердили столкновение двух экзопланет 200 тысяч лет назад Астрономы подтвердили столкновение двух экзопланет 200 тысяч лет назад

Во время катаклизма у одной из них могло сорвать атмосферу

N+1
Они идут Они идут

Часы сегодня — средство самовыражения и туристический аттракцион

Вокруг света
Как перенести данные с Android на Android: 7 способов Как перенести данные с Android на Android: 7 способов

Перенести данные со старого Android-смартфона намного легче, чем многие думают

CHIP
8 затопленных городов СССР 8 затопленных городов СССР

Как и почему в Советском Союзе несколько крупных городов оказались под водой

Maxim
Уже рядом: 5 отличных книг о будущем Уже рядом: 5 отличных книг о будущем

Подборка книг, которая поможет узнать, что будет с человечеством завтра

Популярная механика
Молодые люди назвали «Траву у дома» любимой песней для караоке Молодые люди назвали «Траву у дома» любимой песней для караоке

«Трава у дома» стала любимым советским хитом молодежи

Cosmopolitan
«Чувству меры нас научат Маша и три медведя» «Чувству меры нас научат Маша и три медведя»

Успеваем ли мы адаптироваться к вызовам цифровой среды

Psychologies
«Благодаря аварии я нашла свое новое призвание» «Благодаря аварии я нашла свое новое призвание»

Внезапное несчастье развернуло судьбу Нины Никифоровой

Psychologies
Археологи нашли в Израиле древнейшие рыболовные крючки Западной Евразии Археологи нашли в Израиле древнейшие рыболовные крючки Западной Евразии

Археологи обнаружили в долине реки Иордан 19 рыболовных костяных крючков

N+1
Легко повторить дома: необычные виды французского маникюра Легко повторить дома: необычные виды французского маникюра

Французский маникюр снова в тренде

Cosmopolitan
Жиросжигающие продукты: список для похудения Жиросжигающие продукты: список для похудения

Узнай, какая еда растопит жир!

Cosmopolitan
10 пугающих видов оружия для контроля толпы 10 пугающих видов оружия для контроля толпы

Оружие для контроля толпы – зачастую не менее беспощадное, чем народный гнев

Популярная механика
Открыть в приложении