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 полюбить спорт и перестать насильно заставлять себя заниматься: научный подход Как полюбить спорт и перестать насильно заставлять себя заниматься: научный подход

Может ли обычный человек получать удовольствие от физических нагрузок?

Популярная механика
Лесные дали Лесные дали

Лучший шеф-повар России снимает шляпу перед грибами

Tatler
РНК нейрональных предшественников в гиппокампе указала на нейрогенез у взрослых РНК нейрональных предшественников в гиппокампе указала на нейрогенез у взрослых

Как ученые подтвердили нейрогенез у взрослых

N+1
Мнение: как PowerBook от Apple изменил все ноутбуки 30 лет назад Мнение: как PowerBook от Apple изменил все ноутбуки 30 лет назад

Стивен Синовски вспоминает прошлое

VC.RU
Эта привычка может повысить риск развития деменции на 43% Эта привычка может повысить риск развития деменции на 43%

Употребление большого количества сахара может повысить риск развития деменции

ТехИнсайдер
Эйджизм: явный и скрытый Эйджизм: явный и скрытый

Так ли все радужно с корректностью нашей речи в плане эйджизма?

Домашний Очаг
Правило нижнего белья Правило нижнего белья

Почему так важно выстраивать личные границы с детства

Лиза
6 советов по управлению языком тела, которые помогут вам на собеседовании 6 советов по управлению языком тела, которые помогут вам на собеседовании

6 невербальных сигналов, которые помогут увеличить шансы получить работу

Inc.
«Учителя» на дороге: как с ними бороться и кто будет виноват в ДТП «Учителя» на дороге: как с ними бороться и кто будет виноват в ДТП

После конфликта на дороге агрессивные водители иногда начинают «учить» обидчиков

РБК
Удаленное доказательство Удаленное доказательство

Рассказываем о неравенстве P≠NP и недавней попытке его доказать

N+1
Хэллоуин: 7 фактов о празднике и 3 варианта гадания в эту ночь Хэллоуин: 7 фактов о празднике и 3 варианта гадания в эту ночь

Факты о Хэллоуине

Cosmopolitan
Вертикаль Вертикаль

Что и на какой высоте ждет вас при подъеме от Земли

N+1
Рафинированные углеводы нарушили память старых крыс Рафинированные углеводы нарушили память старых крыс

Диета с рафинированными углеводами нарушили память старых крыс

N+1
Звучит гордо Звучит гордо

Зачем дизайнеры работают над слуховыми впечатлениями

Robb Report
Лазерные шоу Мартина Хессельмайера Лазерные шоу Мартина Хессельмайера

Яркие перформансы Мартина Хессельмайера собирают сотни зевак

Популярная механика
Актер Александр Дмитриев: «Крымов, можно сказать, изменил мою жизнь» Актер Александр Дмитриев: «Крымов, можно сказать, изменил мою жизнь»

Александр Дмитриев — о профессии актера, любви к театру и увлечениях

Cosmopolitan
Вкусная осень Вкусная осень

В топе самых полезных осенних фруктов – гранат, хурма и грейпфрут!

Добрые советы
Подвиг офицера, который пожертвовал собой, чтобы спасти заложников во время «Норд-Оста» Подвиг офицера, который пожертвовал собой, чтобы спасти заложников во время «Норд-Оста»

Офицер предложил террористам себя в обмен на заложников в «Норд-Осте»

Maxim
Колет, ноет, тянет: 5 видов болей в животе, почему они возникают и как лечатся Колет, ноет, тянет: 5 видов болей в животе, почему они возникают и как лечатся

Если тебе знакомы симптомы из нашей статьи, срочно запишись на прием к врачу

Cosmopolitan
Мужской ПМС: чем лечить обострение сарказма Мужской ПМС: чем лечить обострение сарказма

Мужской ПМС накрывает внезапно и без объявления войны

Добрые советы
Моделирование предсказало существование устойчивых двойных систем сверхмассивных черных дыр Моделирование предсказало существование устойчивых двойных систем сверхмассивных черных дыр

Астрофизики предположили существование двойных систем сверхмассивных черных дыр

N+1
«К черту мое лицо». Кто делает маски Канье Уэсту и зачем он их носит «К черту мое лицо». Кто делает маски Канье Уэсту и зачем он их носит

Рассказываем о других фантасмагорических головных уборах Канье Уэсту

РБК
«Обещаю оставаться для тебя загадкой»: Анна Седокова скрывает родителей от мужа «Обещаю оставаться для тебя загадкой»: Анна Седокова скрывает родителей от мужа

Янис Тимма еще не всё узнал о своей жене Анне Седоковой

Cosmopolitan
Почувствуй себя старым: Интернету — 52 года Почувствуй себя старым: Интернету — 52 года

Каким выглядел первый сайт, первый интернет-магазин и был ли Интернет в СССР?

Maxim
Крем против ботокса: может уход заменить «инъекции красоты»? Мнение косметолога Крем против ботокса: может уход заменить «инъекции красоты»? Мнение косметолога

Популярные мифы об уходе и инъекциях

Cosmopolitan
«Голоса» Харли Квин, «Кубика в кубе» и метрополитена — о своей работе «Голоса» Харли Квин, «Кубика в кубе» и метрополитена — о своей работе

Актеры дубляжа, ведущие подкастов, дикторы — о своей работе и специфике жанра

РБК
Самые большие заблуждения о психологах Самые большие заблуждения о психологах

Психологи — обычные люди со своими проблемами и радостями

Psychologies
Люди и портреты. Стоит ли злиться на Моргенштерна за слова о Дне победы Люди и портреты. Стоит ли злиться на Моргенштерна за слова о Дне победы

Даже среди патриотов казенщина о Дне Победы вызывает раздражение

СНОБ
Экранизации Шерлока Холмса: почему советская с Ливановым — лучшая в мире Экранизации Шерлока Холмса: почему советская с Ливановым — лучшая в мире

Какой именно кинообраз Шерлока Холмса наиболее правильный?

Популярная механика
Неоклассика в жемчужных тонах Неоклассика в жемчужных тонах

Элегантный интерьер на все времена

SALON-Interior
Открыть в приложении