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 простых привычек, которые помогают поднять настроение 10 простых привычек, которые помогают поднять настроение

Настроение поднять очень просто — достаточно знать о том, как работает тело

Популярная механика
Искусство убеждать: 14 правил ведения сложных переговоров Искусство убеждать: 14 правил ведения сложных переговоров

Отрывок из книги «Убедить дракона» — об особенностях ведения переговоров

Inc.
Химики воспроизвели межзвездный синтез всех молекул цикла Кребса Химики воспроизвели межзвездный синтез всех молекул цикла Кребса

Химики в лаборатории синтезировали весь набор карбоновых кислот из цикла Кребса

N+1
7 самых скандальных секс-обычаев древнего Египта 7 самых скандальных секс-обычаев древнего Египта

Клеопатра не просто так стала одной из самых знаменитых любовниц в истории

Maxim
Лошади стали прекрасными бегунами из-за генетической ошибки Лошади стали прекрасными бегунами из-за генетической ошибки

Мутация, из-за которой лошади должны были вымереть, но стали отличными бегунами

ТехИнсайдер
Вредные советы для предпринимателей: как попросить денег на стартап Вредные советы для предпринимателей: как попросить денег на стартап

Прочитайте эти советы для привлечения денег в стартап и сделайте наоборот

Forbes
«Раньше у нас были шашлыки и хинкали»: как меняется ресторанная индустрия в Сочи «Раньше у нас были шашлыки и хинкали»: как меняется ресторанная индустрия в Сочи

Почему в Сочи едут шеф-повара из столицы?

Forbes
10 простых способов звучать эффектно на совещании 10 простых способов звучать эффектно на совещании

Как улучшить речь перед выступлением в переговорке или "зуме"?

Playboy
Гибкая личность: как избавиться от ярлыков и стать тем, кем хочешь Гибкая личность: как избавиться от ярлыков и стать тем, кем хочешь

Почему тестам на типы личности следует доверять не больше, чем гороскопам?

РБК
5 признаков того, что вы все еще страдаете от детской травмы 5 признаков того, что вы все еще страдаете от детской травмы

Нанесенная в детстве травма неизбежно оставляет следы

Psychologies
Заставляет толстеть, влияет на иммунитет: что нужно знать о кишечной микробиоте Заставляет толстеть, влияет на иммунитет: что нужно знать о кишечной микробиоте

В нашем теле и на его поверхностях живет множество микроорганизмов

Cosmopolitan
Орбитальное движение глюонов не повлияло на излучение от столкновений протонов Орбитальное движение глюонов не повлияло на излучение от столкновений протонов

Картина об устройстве протона постепенно проясняется

N+1
Слова-маркеры Ксении Собчак. Что они говорят о настроениях среднего класса Слова-маркеры Ксении Собчак. Что они говорят о настроениях среднего класса

Список слов-маркеров от Ксении Собчак

СНОБ
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
Астероиды для «Люси»: зачем NASA запустило зонд в прошлое Солнечной системы Астероиды для «Люси»: зачем NASA запустило зонд в прошлое Солнечной системы

С помощью «Люси» ученые надеются выяснить, как образовалась Земля

Forbes
Как криптовалютный стартап из Сан-Франциско обошел Coinbase по объему сделок Как криптовалютный стартап из Сан-Франциско обошел Coinbase по объему сделок

Dydx — стартап, который обошел крупнейшую криптовалютную биржу Америки

Forbes
Аргентинские мусзавры начали жить группами 193 миллиона лет назад Аргентинские мусзавры начали жить группами 193 миллиона лет назад

Динозавры начали вести социальный образ жизни уже в ранней юре

N+1
ПМС: инструкция по выживанию для мужчин ПМС: инструкция по выживанию для мужчин

ПМС — этого врага ты должен знать в лицо

Maxim
Игорь Саруханов: Игорь Саруханов:

Интервью с певцом и композитором Игорем Сарухановым

Караван историй
Вкусная осень Вкусная осень

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

Добрые советы
Меняющие реальность Меняющие реальность

Bvlgari переворачивают наши представления о реальности

Grazia
Слишком поздно: адвокат по разводам рассказал о признаках скорого разрыва Слишком поздно: адвокат по разводам рассказал о признаках скорого разрыва

Какие красные флажки предшествуют разрыву

Cosmopolitan
Александр Снегирев: Человек будущего. Рассказ из сборника «Время вышло» Александр Снегирев: Человек будущего. Рассказ из сборника «Время вышло»

Рассказ Александра Снегирева из сборника «Время вышло»

СНОБ
Блогер, комик, Гуф: кому пришлось извиняться за шутки по национальному признаку Блогер, комик, Гуф: кому пришлось извиняться за шутки по национальному признаку

С развитием соцсетей неаккуратно сказанное слово может обернуться против тебя

Cosmopolitan
Не только борщ: какие качества действительно пригодятся тебе в семье и работе Не только борщ: какие качества действительно пригодятся тебе в семье и работе

Как одновременно быть женой, мамой и востребованным профессионалом?

Лиза
Наедине с природой Наедине с природой

Дом в Сочи в стиле эко–минимализм

SALON-Interior
«Оставила пуповину вместе с плацентой». Женщина рассказала про лотосовые роды «Оставила пуповину вместе с плацентой». Женщина рассказала про лотосовые роды

Лотосовые роды — это необычная традиция родом с Бали

Cosmopolitan
«Шеф, всё пропало!» 5 знаков зодиака, которые не выносят непредсказуемости «Шеф, всё пропало!» 5 знаков зодиака, которые не выносят непредсказуемости

Для каких знаков зодиака важно держать руку на пульсе

Cosmopolitan
4 признака, что партнер пытается вас контролировать 4 признака, что партнер пытается вас контролировать

Неявные признаков того, что один человек в паре покушается на свободу другого

Psychologies
Какие бренды одежды, обуви и часов носит Илон Маск Какие бренды одежды, обуви и часов носит Илон Маск

Сколько стоит одежда, обувь и аксессуары главы компаний Space X и Tesla

РБК
Открыть в приложении