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

Прыжки на батуте: упражнения, которые помогут подготовиться к лету Прыжки на батуте: упражнения, которые помогут подготовиться к лету

Фитнес-тренер Hasttings Александр Хмель расскажет о 5 упражнениях на батутах

Популярная механика
Битва при Павии. Бой времён Битва при Павии. Бой времён

Историки называют битву при Павии последней баталией Средних веков

Дилетант
Телескоп Chandra показал, что творится внутри звезды перед ее гибельным взрывом Телескоп Chandra показал, что творится внутри звезды перед ее гибельным взрывом

Драма за часы до взрыва звезды

ТехИнсайдер
Луи-Филипп: король баррикад и олигархов Луи-Филипп: король баррикад и олигархов

«Король-буржуа» оказался последним Бурбоном на троне Франции

Дилетант
«Хаббл» увидел пару из белого карлика и голубого бродяги «Хаббл» увидел пару из белого карлика и голубого бродяги

«Хаббл» подтвердил рождение голубого бродяги от пары с белым карликом

N+1
Стыд и спам Стыд и спам

История спама — от банки посредственной ветчины до многомиллионных махинаций

GQ
Крупным планом Крупным планом

Роман Васьянов попробовал себя в новом качестве – запечатлел Ирину Старшенбаум

Grazia
Семь лет в ящике под кроватью: история похищения Коллин Стэн Семь лет в ящике под кроватью: история похищения Коллин Стэн

Семь лет Коллин Стэн провела в ящике под кроватью

Cosmopolitan
В какой позе лучше спать, чтобы утром ничего не болело В какой позе лучше спать, чтобы утром ничего не болело

Стоит уделить внимание позе, в которой вы спите

Популярная механика
Исследование Lego: игрушки развивают гендерные стереотипы у детей, особенно у мальчиков Исследование Lego: игрушки развивают гендерные стереотипы у детей, особенно у мальчиков

Игрушки ограничивают мышление детей

Inc.
Еще 15 стыдных вещей, которые делает каждая женщина Еще 15 стыдных вещей, которые делает каждая женщина

В чем девушки никогда не признаются

Maxim
SPAсение от стресса SPAсение от стресса

Современный спа – это уже не просто массаж или парение в фитобочке

Добрые советы
Загадки психосоматики Загадки психосоматики

Частые или длительные стрессы ведут к развитию заболеваний – это известный факт

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.
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
Площадь эволюции Площадь эволюции

Реконструкция исторического павильона «Шестигранник» в Парке Горького

Vogue
Физики научились останавливать тяжелые нейтральные молекулы Физики научились останавливать тяжелые нейтральные молекулы

Физики смогли остановить и поймать в ловушки молекулы фторида стронция

N+1
«Сила женщины в ее слабости»: как к этому утверждению относятся мужчины «Сила женщины в ее слабости»: как к этому утверждению относятся мужчины

В чем сегодня заключается сила женщины?

Psychologies
После «оттепели». «Способ неопасного диссидентства» После «оттепели». «Способ неопасного диссидентства»

Юлию, оставшуюся фактически сиротой, удочерили старшие Хрущёвы

Дилетант
Моя дорогая Моя дорогая

Может ли современная женщина выстроить стабильные здоровые отношения с деньгами?

Cosmopolitan
Первых кроманьонцев заподозрили в охоте на хищников ради меха и материалов для украшений Первых кроманьонцев заподозрили в охоте на хищников ради меха и материалов для украшений

Археологи проанализировали фаунистический материал из пещеры Бачо-Киро

N+1
Хорошо, как дома Хорошо, как дома

Квартира в Санкт-Петербурге вдохновленная работами американских декораторов

AD
VR-кинотеатры, клубы и планетарии: кто и как продает виртуальную реальность в России VR-кинотеатры, клубы и планетарии: кто и как продает виртуальную реальность в России

Кто и как занимается дистрибуцией виртуальной реальности в России

Inc.
«Все думают, он мне изменяет». Женщина рассказала о жизни с мужем-культуристом «Все думают, он мне изменяет». Женщина рассказала о жизни с мужем-культуристом

Алисия МакКарвелл об отношениях с супругом-культуристом

Cosmopolitan
«Оторви и выбрось» — самый недооцененный фильм минувшего «Кинотавра». Это надо срочно исправить «Оторви и выбрось» — самый недооцененный фильм минувшего «Кинотавра». Это надо срочно исправить

Очень важно не пропустить вторую картину Кирилла Соколова — «Оторви и выбрось»

Esquire
Итого Итого

Как подсчитать свою личную инфляцию

Лиза
Человек мира: 5 памятников Юрию Гагарину, установленных в необычных местах Человек мира: 5 памятников Юрию Гагарину, установленных в необычных местах

Памятники Юрию Гагарину можно найти по всей Земле

Playboy
«Я чувствовала себя неполноценной»: история женщины, родившейся без матки «Я чувствовала себя неполноценной»: история женщины, родившейся без матки

История женщины, которая живет с синдромом Майера-Рокитанского-Кустера-Хаузера

Cosmopolitan
«Боль — это побочный эффект взросления»: психолог Илсе Санд о влиянии детских травм «Боль — это побочный эффект взросления»: психолог Илсе Санд о влиянии детских травм

Илсе Санд — о том, зачем она ушла из церкви и как справляться с болью

Forbes
«Эту песню не задушишь, не убьешь». Божена Рынска — о феномене русского ЖЖ и потребности высказаться «Эту песню не задушишь, не убьешь». Божена Рынска — о феномене русского ЖЖ и потребности высказаться

Божена Рынска — о героях русского ЖЖ и о том, чем плох новый интернет

Esquire
Открыть в приложении