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

Не заскучать в дороге: сколько фильмов и сериалов можно посмотреть, путешествуя по самым популярным направлениям России Не заскучать в дороге: сколько фильмов и сериалов можно посмотреть, путешествуя по самым популярным направлениям России

Подборка сериалов и фильмов, которые можно посмотреть в дороге

Популярная механика
Звезда без талантов: почему Ким Кардашьян так популярна, хотя тебя она бесит Звезда без талантов: почему Ким Кардашьян так популярна, хотя тебя она бесит

Ким Кардашьян — одного ее имени хватает, чтобы понять, о ком идет речь

Cosmopolitan
Прежде, чем выйти из Африки, люди научились выживать в самых разных условиях Прежде, чем выйти из Африки, люди научились выживать в самых разных условиях

Какие факторы способствовали успешной миграции человека из Африки?

ТехИнсайдер
Как стартапу избежать утечек и защититься от кибератак Как стартапу избежать утечек и защититься от кибератак

Об опасности взлома необходимо помнить всегда

Inc.
Не только японская манга: какие комиксы выпускаются в разных странах и чем они интересны Не только японская манга: какие комиксы выпускаются в разных странах и чем они интересны

Почему истории в картинках стали такими популярными по всему миру?

ТехИнсайдер
Магазин на диване Магазин на диване

Как нас заставляют тратить больше, чем мы собирались, и как этого избежать?

Psychologies
Нельзя, запретить Нельзя, запретить

Героини, которые нашли свое призвание в «неженских» профессиях

Forbes Woman
Умер легендарный лыжник Вячеслав Веденин, тот самый, кто придумал слово «дахусим» и не опустил флаг СССР перед императором Японии Умер легендарный лыжник Вячеслав Веденин, тот самый, кто придумал слово «дахусим» и не опустил флаг СССР перед императором Японии

Вячеслав Веденин. Легенда СССР, который показал характер на Олимпиаде 1972

Maxim
BTS BTS

Клип BTS стал абсолютным рекордом среди музыкальных видео на YouTube

ЖАРА Magazine
5 необычных и жутких обрядов африканских племен 5 необычных и жутких обрядов африканских племен

Это вам не свадебные конкурсы

Playboy
Странные и смешные тени, сфотографированные при обычных обстоятельствах (галерея) Странные и смешные тени, сфотографированные при обычных обстоятельствах (галерея)

Авторам этих фотографий попалось, действительно, нечто особенное!

Maxim
Альтернатива чаю: что такое чабрец и зачем его заваривать Альтернатива чаю: что такое чабрец и зачем его заваривать

Чабрец высоко ценится и в кулинарии, и в медицине

РБК
«Родные не знали, что этот ребенок существует»: правда и ложь об «отказниках» «Родные не знали, что этот ребенок существует»: правда и ложь об «отказниках»

Можем ли мы осуждать родителей за решение оставить ребенка?

Psychologies
Это был несчастный случай: почему съемки фильмов нередко сопровождаются травмами, ( иногда — несовместимыми с жизнью) Это был несчастный случай: почему съемки фильмов нередко сопровождаются травмами, ( иногда — несовместимыми с жизнью)

Данил Леховицер вспоминает несчастные случаи на съемочных площадках

Esquire
Александр Раппопорт о женщинах на кухне, консервативной Москве и гиде Michelin Александр Раппопорт о женщинах на кухне, консервативной Москве и гиде Michelin

Александр Раппопорт о том, почему сейчас женщины начали занимать должности шефов

Forbes
Археологи раскопали в Верхней Нубии 142 погребения эпохи неолита Археологи раскопали в Верхней Нубии 142 погребения эпохи неолита

В Верхней Нубии обнаружили 142 человеческих погребения эпохи неолита

N+1
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
Чуть симпатичнее обезьяны: самые некрасивые секс-символы Чуть симпатичнее обезьяны: самые некрасивые секс-символы

Они совсем не красавчики. Но обаятельные!

Cosmopolitan
Дарья Урсуляк: «В нашем кино сейчас эротических сцен в избытке» Дарья Урсуляк: «В нашем кино сейчас эротических сцен в избытке»

Дарья Урсуляк — о предстоящих проектах, откровенных сценах и секретах красоты

Cosmopolitan
На свою голову На свою голову

Уходовые процедуры преображают внешний вид волос и восстанавливают их изнутри

Добрые советы
Двойная жизнь АТФ: и «батарейка», и нейромедиатор Двойная жизнь АТФ: и «батарейка», и нейромедиатор

Каким образом клеточное «топливо» становится нейромедиатором?

Наука и жизнь
10 самых впечатляющих фото техногенных катастроф 10 самых впечатляющих фото техногенных катастроф

Бывает, когда что-то ломается не просто так, а прямо-таки исторически

Maxim
Гайд по экранам ноутбуков: что важно знать Гайд по экранам ноутбуков: что важно знать

Мы собрали для вас краткий гайд, который поможет разобраться в типах дисплеев

CHIP
Непоследняя девушка: как новые слешеры переосмысляют классический образ жертвы Непоследняя девушка: как новые слешеры переосмысляют классический образ жертвы

Как теперь сценаристы обращаются с выжившими персонажами хорроров

Esquire
Зло слов Зло слов

Краткая история оскорблений и ругательств

Maxim
До 60-ти и старше До 60-ти и старше

Как до глубокой старости оставаться здоровыми, бодрыми и активными?

Лиза
Честные истории женщин, которые отказались от молока. И не пожалели! Честные истории женщин, которые отказались от молока. И не пожалели!

Почему отказ от молока — это нормально? Истории наших героинь

Cosmopolitan
История о том, как мужчине пришлось жениться на журавлихе История о том, как мужчине пришлось жениться на журавлихе

Крисом Кроу нечаянно (и на всю жизнь) стал мужем редкой птицы!

Maxim
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
В Казахстане обнаружили тюркское погребение с двумя собаками и лошадьми В Казахстане обнаружили тюркское погребение с двумя собаками и лошадьми

Археологи раскопали в окрестностях Усть-Каменогорска курган раннетюрской эпохи

N+1
Открыть в приложении