Astronet > Akkreciya

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Akkreciya

(ot lat. accretio prirashenie, uvelichenie).

Padenie veshestva na zvezdu (galaktiku ili dr. kosmicheskoe telo) iz okruzhayushego prostranstva. Processom, obratnym akkrecii, yavlyaetsya istechenie veshestva. Akkreciya na odinochnye zvezdy proishodit v nachale i konce ih evolyucii. V processe formirovaniya zvezdy snachala obrazuetsya nebol'shoe gidrostaticheski ravnovesnoe yadro s massoi poryadka 0,01 nachal'noi massy oblaka $M_n$ , zatem akkreciya veshestva iz okruzhayushei obolochki privodit k obrazovaniyu zvezdy s massoi $M \lesssim M_n$ . Stadiya akkrecii smenyaetsya istecheniem, kotoroe preobladaet vplot' do konca zhizni zvezdy i prepyatstvuet akkrecii. Na konechnyh stadiyah evolyucii zvezda prevrashaetsya v belyi karlik, neitronnuyu zvezdu libo chernuyu dyru, akkreciya na kotorye soprovozhdaetsya raznoobraznymi nablyudaemymi proyavleniyami.

V tesnyh dvoinyh zvezdnyh sistemah, kogda bolee massivnaya zvezda perehodit na stadiyu giganta, ona nachinaet intensivno teryat' massu i za neskol'ko tysyach let massa kompan'ona mozhet vyrasti v neskol'ko raz. Takaya akkreciya obychno nazyvaetsya peretekaniem. V tesnoi dvoinoi sisteme akkreciya, kak pravilo, moshnee, chem v sluchae odinochnyh zvezd.

V processe akkrecii proishodit vydelenie gravitacionnoi energii, kotoraya prevrashaetsya v teplo i v itoge uhodit v vide izlucheniya. Skorost' i temperatura padayushego veshestva vozrastayut. Kartina akkrecii veshestva na zvezdu v znachitel'noi stepeni opredelyaetsya skorost'yu dvizheniya zvezdy otnositel'no okruzhayushego gaza, momentom kolichestva dvizheniya padayushego gaza i nalichiem v okruzhayushem ionizovannom gaze uporyadochennogo magnitnogo polya. Mozhno vydelit' 4 osnovnyh tipa akkrecii, opredelyaemyh etimi faktorami.

Akkreciya gaza bez uporyadochennogo magnitnogo polya s malym momentom kolichestva dvizheniya na pokoyashuyusya zvezdu proishodit sfericheski simmetrichno. Dlya politropnogo uravneniya sostoyaniya $p=K\rho^\gamma$ (p davlenie, $\rho$ - plotnost' akkreciruyushego veshestva, K - konstanta, $\gamma$ - pokazatel' politropy) uravneniya gazodinamiki v gravitacionnom potenciale zvezdy $GM/r$ (r rasstoyanie ot centra zvezdy) pri stacionarnoi akkrecii svoditsya k zakonu sohraneniya massy $4\pi\rho vr^2=\dot M$ ( $\dot M$ - potok massy, v skorost') i Bernulli uravneniyu $v^2/2+[\gamma/(\gamma-1)]\cdot p/ \rho-GM/r=const$ . Uravneniya, opisyvayushie akkreciyu pri $\gamma<5/3$ , imeyut sedlovuyu osobuyu tochku, v kotopoi dozvukovoe techenie perehodit v sverhzvukovoe. V etoi tochke imeet mesto sootnoshenie $v_c^2=\gamma p_c/\rho_c=GM/2r_c$ ; integral'nye krivye v okrestnosti osoboi tochki izobrazheny na ris. 1. Akkrecionnaya krivaya ACK prohodit cherez osobuyu tochku, i skorost' na nei monotonno rastet pri dvizhenii gaza k centru. Haoticheskoe melkomasshtabnoe magnitnoe pole ne narushaet sfericheskoi simmetrii, no mozhet sushestvenno uvelichit' effektivnost' vydeleniya energii za schet perehoda kineticheskoi energii v magnitnuyu, a zatem v teplovuyu pri annigilyacii magnitnogo polya (sm. Neitral'nyi tokovyi sloi) i posleduyushego sinhrotronnogo izlucheniya. V sluchae akkrecii s magnitnym polem na chernuyu dyru svetimost' dostigaet 0,3 Ms² (a bez magnitnogo polya 10^-8Mc²).

Pri bystrom sverhzvukovom dvizhenii zvezdy skvoz' veshestvo gaz ogibaet ee i obrazuet pozadi konicheskuyu udarnuyu volnu, vnutri kotoroi idet akkreciya (ris. 2).

Kogda masshtab neodnorodnosti magnitnogo polya znachitel'no prevyshaet kriticheskii radius $r_c$ , voznikaet kartina akkrecii, izobrazhennaya na ris. 3. Vokrug zvezdy obrazuetsya zona, v kotoroi ustanavlivaetsya ravnoraspredelenie mezhdu magnitnoi energiei i kineticheskoi energiei padayushego veshestva. Iz-za bol'shoi provodimosti imeet mesto vmorozhennost' magnitnogo polya. Veshestvo dvizhetsya vdol' silovyh linii, potoki veshestva stalkivayutsya v ploskosti simmetrii i posle vysvechivaniya obrazuetsya sravnitel'no tonkii plotnyi disk, ravnovesie kotorogo podderzhivaetsya balansom magnitnyh i gravitacionnyh sil. V diske iz-za konechnoi provodimosti uslovie vmorozhennosti ne vypolnyaetsya, i veshestvo medlenno prosachivaetsya k zvezde, poka ne dostignet ee poverhnosti libo (v sluchae akkrecii na chernuyu dyru) ne upadet v chernuyu dyru.

V dvoinoi sisteme veshestvo, padayushee na belyi karlik, neitronnuyu zvezdu ili chernuyu dyru ot kompan'ona normal'noi zvezdy, mozhet obladat' bol'shim momentom kolichestva dvizheniya. V processe padeniya skorost' veshestva uvelichivaetsya, i centrobezhnaya sila nachinaet uravnoveshivat' gravitaciyu. V rezul'tate ohlazhdeniya veshestvo obrazuet vrashayushiisya tonkii akkrecionnyi disk. Sloi diska vrashayutsya s pochti keplerovskoi skorost'yu $v_K=\sqrt{GM/r}$ . Trenie mezhdu sloyami privodit k potere momenta kolichestva dvizheniya i medlennomu dvizheniyu gaza k centru (ris. 4). V poslednih dvuh sluchayah poterya energii proishodit v vide izlucheniya s poverhnosti akkrecionnyh diskov, kotorye yavlyayutsya opticheski tolstymi.

Real'naya kartina akkrecii mozhet predstavlyat' soboi sochetanie razlichnyh tipov akkrecii Naprimer, veshestvo s vmorozhennym uporyadochennym magnitnym polem mozhet obladat' bol'shim vrashatel'nym momentom libo padat' na dvizhushuyusya zvezdu.

Pri akkrecii na chernuyu dyru, ne imeyushuyu poverhnosti, oblast' padeniya gaza (ili akkrecionnyi disk) yavlyaetsya edinstvennym mestom, gde vydelyaetsya gravitacionnaya energiya, prevrashayas' v energiyu izlucheniya. Pri akkrecii na belyi karlik ili neitronnuyu zvezdu polovina (ili bolee) gravitacionnoi energii vydelyaetsya u poverhnosti zvezdy. Esli zvezda ne obladaet magnitnym polem, to ee poverhnost' nagrevaetsya libo iz-za vydeleniya energii v udarnoi volne, voznikayushei pri stolknovenii padayushego potoka s poverhnost'yu, libo v tonkom pogranichnom sloe mezhdu akkrecionnym diskom i medlenno vrashayusheisya zvezdoi. Bolee slozhnaya kartina akkrecii voznikaet v sluchae, kogda zvezda obladaet sil'nym magnitnym polem. Pust' zvezda radiusa $r_0$ obladaet dipol'nym magnitnym polem $H\sim H_0r_0^3/r^3$ , plotnost' energii kotorogo u poverhnosti znachitel'no prevyshaet plotnost' kineticheskoi energii. Plotnost' magnitnoi energii $\mathcal{E}_m\sim H_0^2(r_0/r)^6/8\pi$ vdali ot zvezdy vsegda mala, no s umen'sheniem radiusa rastet gorazdo bystree plotnosti kineticheskoi energii $\mathcal{E}_k=\dot M\sqrt{2GM}r^{\displaystyle -5/2}$ . Kogda $\mathcal{E}_m$ stanet poryadka $\mathcal{E}_k$ , magnitnoe pole ostanavlivaet svobodnoe padenie. Radius ostanovki nazyvaetsya al'venovskim radiusom: $r_A=[H_0^2r_0^6M^{-1}\sqrt{2GM}]^{\displaystyle 2/7}$ . Posle dostizheniya $r_A$ veshestvo techet vdol' silovyh linii magnitnogo polya i v raione magnitnyh polyusov dostigaet poverhnosti zvezdy. Magnitnye polyusa okazyvayutsya gorazdo bolee goryachimi, chem ostal'nye chasti poverhnosti zvezdy. Esli izluchenie ih okrestnostei nosit anizotropnyi harakter i neitronnaya zvezda vrashaetsya vokrug osi, ne sovpadayushei po napravleniyu s magnitnoi, to voznikaet kartina rentgenovskogo pul'sara, nablyudaemaya v dvoinyh sistemah pri nalichii moshnoi akkrecii. Dlya togo chtoby padayushee veshestvo dostigalo magnitnyh polyusov, neobhodimo ego proniknovenie vnutr' magnitosfery, kotoroe proishodit za schet razvitiya gidromagnitnyh neustoichivostei tipa neustoichivosti Releya-Teilora (sm. Neustoichivosti plazmy).

Potok izlucheniya ot akkreciruyushego gaza vzaimodeistvuet s potokom padayushego veshestva i zamedlyaet ego skorost'. Kogda radiacionnaya sila $F_r$ stanovitsya poryadka sily prityazheniya $F_G$ , proishodit rezkaya perestroika akkrecionnogo potoka: skorost' ego padeniya zamedlyaetsya, a plotnost' uvelichivaetsya. Svetimost', sootvetstvuyushaya ravenstvu $F_r = F_G$ , nazyvaetsya eddingtonovskoi svetimost'yu $L_E=4\pi cGM/ \kappa\approx 1,3\cdot 10^{38} (M/M_\odot) (0,4/\kappa)$ erg/s, gde $\kappa$ - neprozrachnost' veshestva (sm²/g). Pri bol'shih plotnostyah okruzhayushego gaza vozmozhna akkreciya tipa osedaniya s medlennym dozvukovym dvizheniem gaza k centru. Takoi rezhim akkrecii vozmozhen na neitronnuyu zvezdu, nahodyashuyusya v centre normal'noi (podobnaya situaciya mozhet byt' rezul'tatom evolyucii tesnoi dvoinoi sistemy).

Dlya chernyh dyr, ne imeyushih izluchayushei poverhnosti, izluchenie pri akkrecii yavlyaetsya ih osnovnym nablyudaemym proyavleniem. Ogromnyi gravitacionnyi potencial na poverhnosti neitronnoi zvezdy privodit k vydeleniyu energii pri akkrecii na nee $\sim$ 0,2 Ms² - erg/s. Neitronnye zvezdy i, vozmozhno, chernye dyry v sostoyanii akkrecii yavlyayutsya naibolee moshnymi rentgenovskimi istochnikami v Galaktike so svetimost'yu, dostigayushei $\sim$ 10³⁸ erg/s.

K vazhnym sledstviyam privodit akkreciya na belye karliki. V rezul'tate akkrecii himicheskii sostav poverhnostnyh sloev mozhet sushestvenno otlichat'sya ot himicheskogo sostava vnutrennih oblastei. Vodorodno-gelievyi sloi na poverhnosti belogo karlika s rostom massy sloya stanovitsya neustoichivym otnositel'no yadernogo goreniya. Proishodit teplovaya vspyshka, privodyashaya k poyavleniyu novoi zvezdy. Analogichnye termoyadernye vzryvy v sloe u poverhnosti neitronnoi zvezdy mogut ob'yasnit' sushestvovanie vspyhivayushih rentgenovskih istochnikov.

Moshnoe neteplovoe izluchenie i vybrosy iz aktivnyh yader galaktik i kvazarov mogut byt' ob'yasneny v ramkah modeli diskovoi akkrecii veshestva (s uporyadochennym magnitnym polem i bol'shim vrashatel'nym momentom) na sverhmassivnuyu ( $M \approx 10^7 10^9 M_\odot$ ) chernuyu dyru.

Gigantskie masshtaby mozhet imet' akkreciya v skopleniyah galaktik. Nahodyashiisya tam goryachii gaz ( $\rho\approx 10^{-27}$ g/sm³, $T \sim$ 10⁸K) ohlazhdaetsya i mozhet padat' k centru, gde obychno raspolagaetsya naibolee massivpaya galaktika skopleniya. Takoi ohlazhdayushiisya akkrecionnyi potok mozhet privodit' k aktivnosti yadra central'noi galaktiki, a takzhe ob'yasnyat' nablyudaemoe raspredelenie gaza v skopleniyah galaktik.

"Fizicheskaya Enciklopediya"/Phys.Web.Ru
Glossarii Astronet.ru

L | R | A | B | V | G | D | E | Zh | Z | I | ' | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | Sh | E | Yu | Ya

Publikacii s klyuchevymi slovami: akkreciya Publikacii so slovami: akkreciya
Sm. takzhe: Chernye dyry v dvoinyh sistemah: 40 let Himicheskaya evolyuciya gaza v galaktikah. Rol' akkrecii i ottoka gaza Portret beta Liry Akkrecionnyi disk dvoinoi sistemy Tesnye dvoinye zvezdy na pozdnih stadiyah evolyucii Ul'tramoshnye rentgenovskie istochniki Akkrecionno-struinye sistemy: istoriya, rezul'taty, perspektivy Vse publikacii na tu zhe temu >>

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati