Акреція (космос)

Акреція (лат. accretio — приріст, збільшення) — процес падіння речовини на гравітуюче космічне тіло з навколишнього середовища.

Радіоджерело G359.23-0.82 (Миша): Пульсар PSR J1747-2958, що рухається зі швидкістю ~600 км/с через міжзоряний газ. Видно конус ударної хвилі (радіозображення, синій колір) і хмари плазми, розігріті вторинною ударною хвилею на межі магнітосфери (рентгенівське зображення, жовтий колір)

Види акреції

Акрецію характеризують режимом течії речовини, що падає і виділяють чотири типи акреції:

• Сферично-симетрична акреція (акреція Бонді) виникає, коли швидкість гравітуючого тіла щодо навколишнього середовища менша швидкості звуку, і речовина середовища не має моменту обертання.
• Циліндрична аккреція (акрекція Бонді—Хойла—Літтлтона) відбувається, коли швидкість гравітуючого тіла щодо навколишнього середовища перевищує швидкість звуку, і речовина середовища не має моменту обертання. Акреція відбувається в конусі, розташованому позаду тіла, та обмеженого ударною хвилею.
• У разі акреції речовини, що має певний момент обертання, утворююється акреційний диск.
• Якщо спостерігається і дискова, і квазісферична акреція мова йде про про двопотокову акрецію.

Внаслідок акреції гравітаційна енергія рухомої речовини трансформується на тепло, речовина розігрівається і випромінює електромагнітні хвилі.

У випадку акреції на випромінююче тіло (зорю) вона можлива лише за умови, що світність цього тіла не перевищує деяку критичну межу (межу Едінгтона), за якої гравітаційні сили врівноважені тиском випромінювання.

Акреція в магнітному полі

При акреції плазми на небесне тіло, що має власне магнітним полем, механізми акреції визначаються магнітогідродинамічною взаємодією плазми з магнітним полем.

Якщо тиск магнітного поля поблизу небесного тіла перевищує газовий тиск плазми, що акреціює, то акреція зупиняється на відстані альвенівського радіусу, тобто на межі магнітосфери і спрямовується на магнітні полюси небесного тіла. Необхідною умовою акреції плазми на магнітні полюси є її проникнення всередину магнітосфери, яке відбувається за рахунок розвитку гідромагнітних нестійкостей типу нестійкості Релея-Тейлора. Межа магнітосфери (магнітопауза) визначається умовою рівності тисків магнітного поля і набігаючої плазми, тобто радіус магнітосфери (альвенівский радіус $r_A$) визначається співвідношенням:

${1 \over {8\pi }}B^2 (r_A ) = {1 \over 2}\rho V^2 (r_A )$

де В — магнітне поле небесного тіла, $\rho$ і V — відповідно густина і швидкість потоку набігаючої плазми.

Акреція в тісних подвійних системах

Зображення змінної зірки Міри (омікрон Кита), зроблене космічним телескопом ім. Хабла в ультрафіолетовому діапазоні. На фотографії видно акреційний «хвіст», що направлений від основного компонента — червоного гіганта до компаньйону — білого карлика

У випадку подвійних систем акреція істотно асиметрична і може вносити суттєвий внесок в еволюцію як самої системи, так і її компонент. Найбільш інтенсивна акреція в подвійних системах відбувається коли в процесі еволюції одна з компонент заповнює свою порожнину Роша, що призводить до перетікання речовини на сусідню зірку через внутрішню точку Лагранжа L₁. В цьому процесі речовина, яка перетікає, утворює акреційний диск, відповідальний за багато спостережуваних феноменів рентгенівських джерел.

Астрономічні феномени, які викликані акрецією

Найцікавіші явища викликає акреція на компактну компоненту подвійної системи, яка проеволюціонувала.

• Нестаціонарна акреція на білі карлики у випадку, якщо компаньйоном є масивний червоний карлик, призводить до виникнення карликових нових (зірок типу U Gem (UG) і новоподібних змінних зірок.
• Акреція на білі карлики, що мають сильне магнітне поле, спрямовується до магнітних полюсів білого карлика, і циклотронний механізм випромінювання акреціюючої плазми в приполярних областях викликає сильну поляризацію випромінювання у видимій області (поляри і проміжні поляри).
• Акреція на білі карлики багатої на водень речовини призводить до її накопичення на поверхні (що складається переважно з гелію) і розігрівання до температур реакції синтезу гелію, що у випадку розвитку теплової нестійкості призводить до вибуху, що спостерігається як спалах нової зірки.
• Досить тривала та інтенсивна акреція на масивний білий карлик може призвести до перевищення ним межі Чандрасекара і гравітаційного колапсу, що спостерігається як спалах наднової типу Ia.
• Акреція на поверхню нейтронних зірок супроводжуються накопиченням їх на поверхні та утворенням виродженої оболонки (див. вироджений газ), що багата на водень і гелій, що призводить до вибухового термоядерного синтезу. Такі об'єкти спостерігаються як спалахуючі рентгенівські джерела з періодом від кількох годин до кількох днів (барстери).
• При акреції на нейтронні зірки, що мають сильне магнітне поле, тиск магнітного поля в магнітосфері нейтронної зірки зрівнюється з тиском акреціюючого потоку іонізованої речовини і спрямовує потік акреціюючої плазми в область магнітних полюсів. Внаслідок обертання нейтронної зірки спостерігається періодичні зміни випромінювання; такі системи спостерігаються як рентгенівські пульсари.
• При акреції на чорні діри надгарячий акреційний диск спостерігається як рентгенівське джерело.

Посилання

• Постнов К. А., Лекции по Общей астрофизике для физиков
• Самусь Н. Н., Переменные звёзды
• Сулейманов В. Ф., Рентгеновская астрономия
• Bryan Gaensler et al., Astrophysics, abstract astro-ph/0312362
• Mark A. Garlick's Space Art