Аккреционный диск

Аккреционный диск — структура, возникающая в результате падения диффузного материала, обладающего вращательным моментом, на массивное центральное тело (аккреция). Аккреционные диски возникают вокруг звезд в тесных двойных системах, во вращающихся галактиках, в протопланетных образованиях. Сжатие вещества, а также выделение тепла в результате трения дифференциально вращающихся слоев, приводит к разогреву аккреционного диска. Аккреционные диски протозвезд, молодых звезд излучают в инфракрасном диапазоне; тепловое излучение дисков, образовавшихся вокруг нейтронных звезд и черных дыр, приходится на рентгеновский диапазон.

Механизм образования

Файл:Aссretion of Material Spins Pulsar to Millisecond Range.jpg

Формирование аккреционного диска вокруг пульсара в представлении художника. Вещество, падающее со звезды-компаньона, ускоряет вращение пульсара, делая его миллисекундным

Газ, перетекающий от одного компонента системы к другому, имеет значительный момент вращения, обусловленный орбитальным движением. Поэтому частицы газа не могут падать на звезду радиально. Вместо этого они движутся вокруг неё по кеплеровским орбитам. Вследствие этого образуется газовый диск, распределение скоростей в котором должно соответствовать законам Кеплера: слои, расположенные ближе к звезде, будут иметь бо́льшие скорости. Однако из-за трения между слоями газа их скорости выравниваются, и внутренние слои передают часть своего момента импульса наружу. Вследствие этого внутренние слои приближаются к звезде и, в конце концов, падают на её поверхность. Фактически, траектории отдельных частиц газа имеют вид спиралей, которые медленно закручиваются.

Радиальное смещение вещества в аккреционном диске сопровождается высвобождением гравитационной энергии, часть которой превращается в кинетическую энергию (ускорение движения газа при приближении к звезде), а другая часть превращается в тепло и разогревает вещество диска. Поэтому аккреционный диск излучает. Кинетическая энергия газа при столкновении с поверхностью звезды также трансформируется в тепловую энергию и излучается.

Понятие аккреционного диска применяется для объяснения многих явлений физики нестационарных звёзд.

Гидродинамическая теория дисковой аккреции

"Стандартная модель" дисковой аккреции опирается на кеплеровское вращение. Но кеплеровское вращение, происходяшее под действием сил гравитации и инерции, обладая устойчивостью, не содержит стационарной компоненты радиальной скорости, и потому, делает невозможной аккрецию. Гидродинамическая теория свободна от такого ограничения, поскольку она включает в себя также и силу барического градиента, турбулентное трение и турбулентные потки. Подобно атмосферному циклону, трение дифференциально вращающихся слоев, отклоняя движение газа от кеплеровской орбиты, создает радиальный перенос вещества, который, в свою очередь, обеспечивает высвобождение гравитационной энергии. Самосогласованная теория турбулентного вращения газа в аккреционных дисках рассмотрена А. М. Кригелем,. Оказалось, что полная светимость аккреционного диска за счет диссипации механической энергии благодаря трению

$\ \mathbf {L\approx {\frac {GM{\dot {M}}}{R_{o}}}}$,

где $\ \mathbf {G}$ — гравитационная постоянная, $\ \mathbf {M}$ — масса центрального тела, $\ \mathbf {R_{o}}$ — его радиус, $\ \mathbf {\dot {M}}$ — темп аккреции. В рамках этой теории было обнаружено, что аккреция обусловлена турбулентным потоком вещества к центру, в то время, как меньший, по сравнению с ним, упорядоченный поток оказался направленным от центра. Таким образом, наблюдаемые струевидные выбросы не противоречат теории.

См. также

• Аккреция
• Активные ядра галактик
• Нерешённые проблемы современной физики

Примечания

Литература

• Акреційний диск // Астрономічний енциклопедичний словник / За загальною редакцією І. А. Климишина та А. О. Корсунь.. — Львів, 2003. — С. 56. — 547 с. — ISBN 966-613-263-X, УДК 52(031).  (укр.)
• Frank, Juhan; Andrew King; Derek Raine (2002), Accretion power in astrophysics (Third ed.), Cambridge University Press, ISBN 0-521-62957-8