Plokščios žvaigždės

Plokščios žvaigždės

Aleksejus Levinas
"Populiari mechanika" №2, 2011

Bet kokio dydžio žvaigždės nuo raudonųjų nykštukų iki mėlynos supergiančių yra maždaug sferinės formos.

Vis dėlto erdvėje yra daug įvairių objektų, kurie visiškai atitinka tokį ekstravagantišką pavadinimą. Jų mokslinis pavadinimas yra akrecijos diskas. Žvaigždės, kaip ir žmonės, nori susivienyti – vadinamos dvinarios sistemos. Tai taip dažnai, kad Amerikos astronomijos klasika Cecilia Payne-Gapochkin, kuri pirmoji įrodė, kad Visatos būtybė iš esmės susideda iš vandenilio, kažkaip juokavo, kad trys iš dviejų atsitiktinai atrinktų žvaigždžių yra kai kurios dvejetainės sistemos dalis.

Paleiskite kaimyną

Apibrėžtumui mes pirmiausia orientuojamės į dvejikus sistemas, sudarytas iš normalios (ty su vandeniliu deginančios) pagrindinės sekos žvaigždžių, besiribojančių su vienu inercijos centru. Koks yra tipiškas mechanizmo perduoti klausimą viduje gana artimos žvaigždės poros? Paprastai abu žvaigždės generuoja tas pats molekulinis debesys, todėl jie turi tą pačią sudėtį, tačiau skirtingos pradinės masės. Sunkesnioji žvaigždė pirmiausia degina vandenilį, praranda stabilumą, daug kartų išauga ir virsta raudonuoju milžinu.Tuo pačiu metu ji gali ne tik užpildyti jos Roche ertmę, bet ir už jos ribų. Tokiu atveju žvaigždės centras negalės laikyti ištempto apvalkalo esmės jo centre, o žvaigždė pradės prarasti materiją. Didelė dalis šių dujų praeina per kaklą prie Roche ertmių sankirtos ir patenka į gravitacinį nelaisvę kompanioninei žvaigždutei. Dėl donoro žvaigždės išsiplėtimo, jo "Roche" ertmė sugriežtinama, o medžiagos nutekėjimo greitis laikui bėgant didėja. Net tada, kai žvaigždžių masės tampa lygios, nutekėjimas tik sulėtės, bet visai nesustos.

Medžio perdavimas žymi sudėtingos žvaigždės poros evoliucijos pradžią. Antroji (mažiau masyvi) žvaigždė fiksuoja kaimynystę ir padidina jo kampinį momentą. Norėdami sutaupyti bendrą dvejetainės sistemos momentą, žvaigždės artėja viena prie kitos. Vėliau, kai pirmoji žvaigždė tampa lengvesnė kompanionas, ji pradeda skirtis – vėl, dėl viso kampinio momento išsaugojimo. Tačiau, jei antroji žvaigždė turi laiko eiti už jos Roche skilties ribų, ji taip pat bus pasmerkta plazmos praradimui.

Šios transformacijos yra kupinos skirtingų rezultatų, ir astronomai dar nežino, kaip juos tiksliai modeliuoti.Tačiau nėra jokių abejonių, kad dalis išsiskyrusi medžiaga patenka į orbitų, kurie visiškai supa žvaigždės porą. Dažniausiai šis klausimas sudaro plokščią besisukantį žiedą, kuris vadinamas išskyrimo disku (nuo lat. išskyrimas – "atranka"). Esant ypatingoms aplinkybėms, žvaigždė pora net gali nuskęsti sferinėmis dujų debesimis, susidariusi plazmoje, kuri iškelta į kosmosą. Tuo pačiu metu kiekviena žvaigždė turi galimybę įsigyti savo mažesnį žiedą ir glaudžiau – su akrecijos disku (akretio, "augimas"). Galimi ir daugiau egzotiškų scenarijų (tokių kaip susidūrimas ir žvaigždžių suliejimas ar artimojo valgymas didesnės žvaigždės), bet mes net nepastebime tokių džiunglių.

Iki šiol mes kalbėjome apie įprastas žvaigždžių poras, tačiau, norint pradėti kauptis, pakanka, kad tik vienas partneris turi dujų paketą, galintį patintis ir palikti per Roche ertmę. Todėl akrecija įvyksta tada, kai binarinė sistema sujungia įprastą žvaigždę su išsilydžiusios medžiagos kūnu, ty baltu nykščiu, neutronine žvaigždute ar net juodoji skylė (istoriškai akrecijos diskai pirmą kartą buvo aptikti stebint baltąsias nykštukų, turinčių paprastų žvaigždžių kaip kompanionus).Be to, tokie akrecijos procesai turi įspūdingiausių pasekmių. Geri pavyzdžiai yra supernovos Ia tipo sprogimas, kurį sukelia ilgalaikis sustiprėjimas ant baltojo nykštuklo paviršiaus, beveik pasiekęs viršutinę savo masės ribą, taip pat dėl ​​rentgeno spindulių pulsaro atsiradimo, kurį sukelia akretacija į labai įmagnetintą neutronų žvaigždutę. Nepaisant to, akretaciniai diskai įprastų dvejetainių žvaigždžių sistemose yra labiau tipiški – ar tik todėl, kad šios poros yra daug didesnės.

Asortimento diskas
Akrecijos diskas yra struktūra, kurią sudaro medžiaga, sukasi aplink centrinę korpusą – jaunąją žvaigždę ar protostarą, baltąjį nykštį, neutronų žvaigždę ar juodąją skylę. Diskinės medžiagos veikimas gravitacinių spiralių į centrinę žvaigždę ir cheminė medžiaga yra šildoma, kuri generuoja elektromagnetinę spinduliuotę, kurios bangos ilgis priklauso nuo žvaigždės tipo. Diskai aplink jaunąsias žvaigždes ir protostarai spinduliuoja ilgų bangų (infraraudonųjų spindulių) diapazone ir aplink kompaktiškus masyvus objektus, tokius kaip neutronų žvaigždės ir juodosios skylės trumpojo bangos (rentgeno spinduliai). Vaizdas: populiari mechanika

Akrecijos centrai gali būti vieninteliai kosminiai objektai. Bet kokia įstaiga yra apsuptas dujų arba dujų-dulkių aplinkoje, jis pritraukia daleles ir gali nukristi arba ant jos paviršiaus arba formuoti priauginimas diską (kuris naudingai jauni žvaigždės naujai suformuotų dulkių debesis). Tačiau įdomiausi reiškiniai vis dar pastebimi akrecijos diskuose, susidariusiuose artimose dvejose sistemose.

Roche Hollow

Kiekvieną žvaigždę supa vietos erdvė, kurioje dominuoja traukos bruožas, o ne kaimyno gravitacija. Žinoma, šios zonos dydis priklauso nuo žvaigždės masės. Jei sritys kirsti lėktuvą, kuriame abu juda žibintai, gausite kažką panašaus aštuonių – du pailgi kilpos linija su vieno bendro taško segmente jungiantis žvaigždučių centrus (didesnio aiškumo, ji turės sustabdyti laiką, nes šis skaičius yra pasukti). Tuo metu kiekviena žvaigždė traukia savo kryptį ta pačia jėga, o bendrasis gravitacijos vektorius atrodo lygus nuliui. Tai vadinama pirmuoju "Lagrange" tašku, nors paprastai prieš du dešimtmečius jis buvo atskleidęs Leonardas Euleris.

Roche Hollow
"Roche" ertmės apriboja gravitacinės kiekvieno iš binarinės žvaigždės sistemos paveiktų sričių ribų. Viskas, kas yra atitinkamos ertmės viduje, gali skleisti tik apie "savo" žvaigždę. Jis gali tekėti iš vienos ertmės į kitą tik per "kaklą", jungiančią ertmes. Vaizdas: populiari mechanika

Šiuos erdvinius burbulus matematiškai apibūdina Edouardas Roche, prancūzų astronomas ir matematikas XIX a., O jo garbę jie vadinami Roche ertmėmis. Kosmoso dalelės viduje Roche skilties gali pasisukti tik aplink žvaigždutę, kurią apima ši ertmė. Ta pati teorija teigia, kad materijos gali tekėti tarp žvaigždžių per kaklą, jungiančią ertmes, tai yra, netoli pirmojo Lagrangeo taško. Medžiaga, kuri yra už ertmių ribų, gali stabiliai suktis aplink žvaigždžių porą, tačiau jos trajektorijos neapsiriboja vienos žvaigždės takais.

Visa galia trintyje

Gamta, kaip žinoma, yra sudėtingesnė nei bet kuri teorija. Dotos žvaigždės prarastas dalykas gali migruoti ne tik per siaurą purkštuką Roche ertmių sandūroje, bet ir sudėtingiau, tačiau bet kuriuo atveju nepalieka binarinės sistemos orbitos plokštumos.Atrodo, kad akrecijos diskas yra lengvesnis, tuo mažesnis atstumas tarp erdvių kompanionų ir kūno geometrinio dydžio, į kurį patenka plazma. Tai lengva suprasti – poros nariai sukasi aplink vienas kitą, o dalelės turi daugiau galimybių nesikišti į mažą tikslą, bet pasiekti orbitą, apimantį ją. Todėl akretacija į baltąsias nykštukas, neutronines žvaigždes ir juodos skylės yra veiksmingiausias atradimų mechanizmas. Tai nėra greitas dalykas, metinis medžiagų perdavimo greitis iš donoro žvaigždės neviršija milijardinės Saulės masės. Pirma, "priimantis" kūnas įgyja siaura žiedo formą, o diskas formuojamas vėliau.

Jo dalelės turi skirtingus greičius, kurie pagal trečiąjį Keplerio įstatymą didėja, kai jie artėja prie centrinio korpuso (todėl Mercury sukasi aplink Saulę greičiau nei Žemė). Dėl to vidinėje trintyje kyla disko klausimas, kuris slopina dalelių kinetinę energiją ir skatina jas judėti spiralinėse trajektorijose. Kai kurios dalelės galiausiai patenka į pritraukiančio objekto paviršių, nesvarbu, ar tai yra įprastos žvaigždės atmosfera, tvirta neutroninės žvaigždės pluta, ar juodosios skylės įvykių horizontas.Taigi diskas nuolat praranda medžiagą, bet tuo pačiu metu nuolat gauna naują iš donoro žvaigždės.

Ši trintis šildo disko medžiagą ir paverčia ją elektromagnetinės spinduliuotės šaltiniu. Diskas tampa šviesiu objektu – vaizdine prasme, plokščia žvaigžde. Didžiausiu atveju disko vidinės zonos temperatūra gali būti dešimtys milijonų laipsnių. To pakanka, kad generuotų rentgeno kvantus, kurie vyksta diskuose aplink neutronų žvaigždes ir juodos skylės žvaigždžių masės. Centrinė tokio disko zona šviečia ultravioletiniu šviesa, o išorinė, kurios temperatūra paprastai neviršija saulės paviršiaus temperatūros, išskiria matomo spektro spindulius. Paprastai diskai apie baltąsias nykštukas nešildo daugiau nei 20 000 laipsnių, o jų spektras neviršija ultravioletinių spindulių. Šaltieji akrecijos diskai, aplinkiniai protostarai ir jaunosios žvaigždės gali sugeneruoti tik infraraudonąją spinduliuotę. Taigi, plokščios žvaigždės ne mažesnės nei įprastos, išilgai emisijos spektro pločio.

Trinties (dėl trinties) diskinio šildymo idėja atrodo paprasta ir natūrali, tačiau tai tik išvaizda.Toks šildymas negali būti paaiškintas paprastu dujų molekulių susidūrimu – šiuo atveju disko temperatūra bus daug mažesnė už faktiškai pastebėtas. Iki šiol jo mechanizmai yra suprantami tik bendrais bruožais, tačiau, kaip sakoma, velnias yra detalėse. Viena iš dabar labai populiarių teorijų paaiškina šilumos atsiradimą atsiradus magnetinio sukimosi nestabilumui – sukrėtimo srautams, susijusiems su magnetiniais laukais. Ar tai vis dar matoma.

Gyvas ir žėrintis

Akrecijos diskai neapsiriboja astronomų stebuklu. Teksaso universiteto profesorius Craig Wheeler kartą sakė, kad gyvena savo gyvenimą. Akrecijos diskas gali pakeisti šviesumą ir labai plačiąja prasme. Tai nėra universali taisyklė – kai kurie diskai nuosekliai išskiria elektromagnetinę energiją, o kai kurie blykstė tik laikas nuo laiko. Tiesiog toks elgesys būdingas kompaktiškų objektų – baltų nykštukų, neutronų žvaigždžių ir juodųjų skylių – diskams.

Labiausiai būdinga (bet jokiu būdu ne vienintelė) tokios blyksės priežastis yra tai, kad disko frikcinio šildymo intensyvumas labai priklauso nuo jo temperatūros.Kai šildomas iki ne daugiau kaip kelių tūkstančių laipsnių, disko medžiaga yra skaidri ir infraraudonoji spinduliuotė ir greitai praranda šilumą. Tokiomis sąlygomis, trintis yra gana silpnas, disko dalelės yra ne itin slopinamas ir labiausiai lieka stabilios orbitos, nėra perkančiosios prie centro priauginimas.

Microquasar
Naudodamiesi įrankiu Didelė teleskopo zona (LAT) kosmoso gama observatorija Fermi2009 m. Astronomai pirmą kartą sugebėjo įrodyti, kad mikrokvarseriai gali išskirti didelės energijos gama spinduliuotę, o ne akreterinį, o sudėtingesnį mechanizmą. Kuo didesnis yra dvejetainis sistemos Cygnus X-3 Star – žvaigždė-Vilkas Rayet su paviršiaus temperatūra didesnė kaip 100 000 K. IT ir antrą kompanionas (neutroninė žvaigždė arba juodoji skylė) su akrecinis diskas sukasi apie bendrą masės centro su maždaug penkių valandų laikotarpį. Maksimalus gama spinduliuotės intensyvumas stebimas, kai Reliatyvistinis kompanionas iš ilgų (lyginant su žemės) šalutinis didesnių žvaigždžių – tai reiškia, kad gama spinduliuotė yra dėl atvirkštinio Compton poveikį – sklaidos ultravioletinių fotonai žvaigždė ant karštų elektronų srove pagreitina magnetinio lauko kompaktiškas kompanionas. Vaizdas: populiari mechanika

Tačiau disko temperatūra taip pat nustatoma pagal jo tankį, kuris yra susijęs su daigų įsisavinimo greičiu iš donoro žvaigždės. Jei diskas patenka pakankamai dosniai, jos medžiagos tankis auga, diskas palaipsniui praranda skaidrumą ir gerina šilumą. Kai tuo pačiu metu kaitinama, skaidrumas mažėja dar labiau, o tai vėl padidina temperatūros kilimą. Medžiaga tampa labai karšta, pradeda švyti šviesiai, skleidžiant vis daugiau ir trumpesnių bangų fotonų. Diskas išsiverčia, kaip kintama žvaigždė, greitai padidindama savo blizgesį iki didžiausio leidžiamo pobūdžio.

Ir tada trintį vėl trukdo. Jis tampa toks didelis, kad slopina molekules išorinėje akrecijos disko dalyje. Jie praranda greitį ir migruoja į disko centrą, dėl ko periferinė zona tampa vis spartesnė ir todėl skaidri dėl radiacijos. Procesas sukasi priešinga kryptimi – diskas praranda šilumą nuo išorinio krašto, atvėsina, tampa skaidresnis ir, atitinkamai, vėsina dar daugiau. Galų gale, viso disko temperatūra smarkiai sumažėjakad jis vėl pavirs vien tik infraraudonųjų spindulių šaltiniu. Kadangi donoro žvaigždės akrecija nesibaigia, diskas pradeda sušilti ir ciklas kartojasi.

Žinoma, tokie ciklai skiriasi skirtingiems diskams – visa tai priklauso nuo konkrečių sąlygų. Šalto etapo trukmė gali skirtis – nuo kelių savaičių iki dešimčių metų. Šiame etape diskas yra beveik nematomas, išskyrus tai, kad labai patogu žiūrėti į jį naudodamasis infraraudonųjų spindulių įrenginių pagalba. Karšto fazės trukmė ir atitinkamai didelis disko ryškumas vidutiniškai dešimt kartų trumpesnis. Todėl artimoje dvejetainėje sistemoje tipinis akrecijos diskas tam tikra prasme elgiasi kaip elektrinis kondensatorius, kuris ilgą laiką taupo energiją ir greitai išleidžia. Įdomu tai, kad net jei žvaigždutė-donoras tiekia cheminę medžiagą esant pastoviam greičiui, diskas vis dar mirksi periodiškai ir išnyksta. Kaip grožio širdis, jis yra linkęs, jei ne į išdavystę, tada pakeisti.

Diskai ir kataklizmai

Norėdami iliustruoti turtingas akretacinių diskų galimybes, mes suprantame plačią klasę kosminių objektų, kuriuos jungia bendras pavadinimas "kataklizmo kintamieji".Tai yra griežtos dvejopos sistemos, susidedančios iš pagrindinės sekos žvaigždės (dažniausiai lengviausios, bet kartais ir raudonos milžinės) ir baltos nykštukės. Jie pasireiškia kaip labai nestabili spinduliuotė (vadinasi, pavadinimas), kuri daugiausia yra dėl akrecijos disko buvimo.

Swan X-3
"Cygnus X-3" sistema yra karštos masyvios žvaigždės ir kompaktiško reliatyvizmo objekto (neutrono žvaigždės arba juodosios skylės) pora, kuri išleidžia spindulius – reliatyvizuotos spinduliuotės medžiagos, skleidžiančios radijo juostą. Astronomai tokius objektus vadina mikrokvazarais, nes jų savybes – spinduliuotę labai plačiu spektru, spartų ryškumo ir radiacijos spindulių pokyčius – jie panašūs į kvazarus ir žandikaulius su labai didžiuliais juodosiomis skylutėmis centre, tačiau miniatiūrinėse. Paveikslėlyje parodyta fotografija, gauta gamtos diapazone, naudojant kosmoso gama observatoriją Fermi žvaigždyno Cygnus srityje. Apskritimas yra apskritimas Cygnus X-3, kuris 1966 m. Pirmą kartą buvo atrastas kaip galingas rentgeno šaltinis. Ryškesni taškai yra pulsarai. Vaizdas: populiari mechanika

Praktiškai visi kataliziniai kintamieji išskiria šviesą ir šilumą ne tik iš vidurinės ir centrinės akrecijos disko zonų,bet ir iš srities, esančios Roche skilties ir išorinio disko krašto sankirtoje. Tai vadinama karšta vieta – ir dėl geros priežasties. Dyzelino dalelės, susidarančios iš donoro žvaigždės, šioje srityje susiduria su akrecijos disko dalimi ir stipriai pašildo. Karšto taško šviesumas gali viršyti disko vidinių zonų šviesumą, nors jo dydis yra daug mažesnis.

Yra keletas kataklizmo kintamųjų veislių. Vienas iš jų – klasikinės naujos žvaigždės (ar tik naujos). Šiose sistemose daugybe akrecijos disko klausimas patenka į baltojo nykštukinio paviršių, kurio greitis siekia apie tūkstantį kilometrų per sekundę. Daugiau nei 90% šios medžiagos sudaro vandenilis ir todėl gali būti termobranduolinių reakcijų degalais. Norint juos pradėti, būtina, kad vandenilis būtų šildomas iki kritinės 10 milijonų laipsnių. Kadangi šios reakcijos intensyviai išskiria energiją, baltojo nykštukinio paviršiuje atsiranda smūgių bangos, kurios tiesiog sprogsta iš išorinio sluoksnio ir išstumia superkai karštą plazmą į aplinkinę erdvę. Šiuo metu sistemos spindesys padidėja 3-6 laipsniais.Baigiantis protrūkiui, baltas nykštukas imamas ant paviršiaus kaupti naują vandenilio ir kuro tiekimą kitam sprogimui. Remiantis teorija, klasikiniai naujieji gali užsidegti 10 000 metų intervalu, tačiau iki šiol tai dar nebuvo pastebėta (tai nenuostabu – astronomijos istorija yra daug trumpesnė).

Akrecija ir naujas nykštukas
Dvigubos žvaigždės SS Cygnus, vieno iš naujųjų nykštukų pakategorių, trimatis akrecijos modelis. Glitter SS Cygnus padidėja 2-6 dydžiu 1-2 dienoms nuo 10 dienų iki kelerių metų, šių protrūkių mechanizmas paaiškinamas pasekmėmis, kylančiomis iš vienos pastoviosios būsenos (neutralios) medžiagos į kitą (jonizuotos). Vaizdas: populiari mechanika

Kitas tipo kataklizmo kintamieji – pasikartojantys nauji. Jie didina ryškumą daug kuklesnis, daugiausia tūkstantį kartų, bet jie užsidega kas 10-100 metų. Tokių blyksčių mechanizmas dar nėra tiksliai žinomas. Taip pat yra naujų nykštukų, kurių šviesumas per savaites ar mėnesius padidėja tik dešimt kartų. Neatmetama galimybė, kad tai yra dėl akrecijos disko trinties perkaitimo, tačiau šis paaiškinimas nėra visiškai priimtinas.

Žiedas juodąją skylę

Didžiausi akrecijos diskai randami virš galingų juodųjų skylių galaktikų centruose. Pagrindinis tokių diskų medžiagų šaltinis yra karštos jaunos žvaigždės, kurių spinduliavimas iš išorinių korpusų aktyviai išmeta plazmą į kosmosą (šis reiškinys vadinamas žvaigždžių vėju). Kaip pasakojo "PM", Mičigano universiteto astronomijos profesorius John Miller, šie diskai šildo iki maždaug tokios pačios temperatūros, kaip ir diskai aplink baltuosius nykštukius, todėl daugiausia generuoja ultravioletinį spinduliavimą. Tai gali pasirodyti keista, nes pačių skylių svoris yra milijonai ir milijardai saulės masių. Tačiau taškas yra toks: tokio disko paviršius yra toks didelis, kad greitai spinduliuoja šilumą – dėl tos pačios priežasties arbata aludariuje šalta daug greičiau nei taurė.

"Pastaraisiais metais didelė pažanga padaryta tiriant dalelių srautus akretiniuose diskuose, kuriuose yra įvairių dydžių juodos skylės", – sako profesorius Milleris. "Vidiniai tokių diskų kraštai gali artėti prie juodosios skylės ribos taip, kad jie patenka į sritis, kuriose jau veikia bendra reliatyvumo teorija .Spektrinė iš ten išsiskiriančios spinduliuotės analizė žada daug įdomių dalykų. Akrecijos diskas gali tarnauti kaip juodosios skylės sukimosi rodiklis. Teorijoje teigiama, kad vidinis disko kraštas turi būti arčiau besisukančios skylės įvykių horizonto, nei tos pačios masės skylės horizontas su nuline kampas. Jau yra įrenginių, galinčių aptikti šį poveikį ir taip aptikti juodosios skylės sukimąsi. Gali būti, kad artimiausiu metu tai pavyks. "


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: