Аккреция это в астрономии кратко
Обновлено: 03.07.2024
(от лат. accretio приращение, увеличение).
Падение вещества на звезду ( галактику или др. космическое тело ) из окружающего пространства. Процессом, обратным аккреции, является истечение вещества. Аккреция на одиночные звезды происходит в начале и конце их эволюции . В процессе формирования звезды сначала образуется небольшое гидростатически равновесное ядро с массой порядка 0,01 начальной массы облака , затем аккреция вещества из окружающей оболочки приводит к образованию звезды с массой . Стадия аккреции сменяется истечением, которое преобладает вплоть до конца жизни звезды и препятствует аккреции. На конечных стадиях эволюции звезда превращается в белый карлик , нейтронную звезду либо черную дыру , аккреция на которые сопровождается разнообразными наблюдаемыми проявлениями.
В тесных двойных звездных системах , когда более массивная звезда переходит на стадию гиганта, она начинает интенсивно терять массу и за несколько тысяч лет масса компаньона может вырасти в несколько раз. Такая аккреция обычно называется перетеканием. В тесной двойной системе аккреция, как правило, мощнее, чем в случае одиночных звезд.
В процессе аккреции происходит выделение гравитационной энергии , которая превращается в тепло и в итоге уходит в виде излучения . Скорость и температурa падающего вещества возрастают. Картина аккреции вещества на звезду в значительной степени определяется скоростью движения звезды относительно окружающего газа, моментом количества движения падающего газа и наличием в окружающем ионизованном газе упорядоченного магнитного поля . Можно выделить 4 основных типа аккреции, определяемых этими факторами.
Аккреция газа без упорядоченного магнитного поля с малым моментом количества движения на покоящуюся звезду происходит сферически симметрично. Для политропного уравнения состояния (p давление , - плотность аккрецирующего вещества, K - константа, - показатель политропы ) уравнения газодинамики в гравитационном потенциале звезды (r расстояние от центра звезды) при стационарной аккреции сводится к закону сохранения массы ( - поток массы, v скорость) и Бернулли уравнению . Уравнения, описывающие аккрецию при , имеют седловую особую точку , в котоpoй дозвуковое течение переходит в сверхзвуковое . В этой точке имеет место соотношение ; интегральные кривые в окрестности особой точки изображены на рис. 1. Аккреционная кривая ACK проходит через особую точку, и скорость на ней монотонно растет при движении газа к центру. Хаотическое мелкомасштабное магнитное поле не нарушает сферической симметрии, но может существенно увеличить эффективность выделения энергии за счет перехода кинетической энергии в магнитную , а затем в тепловую при аннигиляции магнитного поля (см. Нейтральный токовый слой ) и последующего синхротронного излучения . В случае аккреции с магнитным полем на черную дыру светимость достигает 0,3 Мс 2 (а без магнитного поля 10 -8 Mc 2 ).
При быстром сверхзвуковом движении звезды сквозь вещество газ огибает ее и образует позади коническую ударную волну , внутри которой идет аккреция (рис. 2).
Когда масштаб неоднородности магнитного поля значительно превышает критический радиус , возникает картина аккреции, изображенная на рис. 3. Вокруг звезды образуется зона, в которой устанавливается равнораспределение между магнитной энергией и кинетической энергией падающего вещества. Из-за большой проводимости имеет место вмороженность магнитного поля . Вещество движется вдоль силовых линий, потоки вещества сталкиваются в плоскости симметрии и после высвечивания образуется сравнительно тонкий плотный диск, равновесие которого поддерживается балансом магнитных и гравитационных сил. В диске из-за конечной проводимости условие вмороженности не выполняется, и вещество медленно просачивается к звезде, пока не достигнет ее поверхности либо (в случае аккреции на черную дыру) не упадет в черную дыру.
В двойной системе вещество, падающее на белый карлик, нейтронную звезду или черную дыру от компаньона нормальной звезды, может обладать большим моментом количества движения. В процессе падения скорость вещества увеличивается, и центробежная сила начинает уравновешивать гравитацию. В результате охлаждения вещество образует вращающийся тонкий аккреционный диск. Слои диска вращаются с почти кеплеровской скоростью . Трение между слоями приводит к потере момента количества движения и медленному движению газа к центру (рис. 4). В последних двух случаях потеря энергии происходит в виде излучения с поверхности аккреционных дисков, которые являются оптически толстыми .
Реальная картина аккреции может представлять собой сочетание различных типов аккреции Например, вещество с вмороженным упорядоченным магнитным полем может обладать большим вращательным моментом либо падать на движущуюся звезду.
При аккреции на черную дыру, не имеющую поверхности, область падения газа (или аккреционный диск) является единственным местом, где выделяется гравитационная энергия, превращаясь в энергию излучения . При аккреции на белый карлик или нейтронную звезду половина (или более) гравитационной энергии выделяется у поверхности звезды. Если звезда не обладает магнитным полем, то ее поверхность нагревается либо из-за выделения энергии в ударной волне , возникающей при столкновении падающего потока с поверхностью, либо в тонком пограничном слое между аккреционным диском и медленно вращающейся звездой. Более сложная картина аккреции возникает в случае, когда звезда обладает сильным магнитным полем. Пусть звезда радиуса обладает дипольным магнитным полем , плотность энергии которого у поверхности значительно превышает плотность кинетической энергии . Плотность магнитной энергии вдали от звезды всегда мала, но с уменьшением радиуса растет гораздо быстрее плотности кинетической энергии . Когда станет порядка , магнитное поле останавливает свободное падение. Радиус остановки называется альвеновским радиусом: . После достижения вещество течет вдоль силовых линий магнитного поля и в районе магнитных полюсов достигает поверхности звезды. Магнитные полюса оказываются гораздо более горячими, чем остальные части поверхности звезды. Если излучение их окрестностей носит анизотропный характер и нейтронная звезда вращается вокруг оси, не совпадающей по направлению с магнитной, то возникает картина рентгеновского пульсара , наблюдаемая в двойных системах при наличии мощной аккреции. Для того чтобы падающее вещество достигало магнитных полюсов, необходимо его проникновение внутрь магнитосферы, которое происходит за счет развития гидромагнитных неустойчивостей типа неустойчивости Рэлея-Тейлора (см. Неустойчивости плазмы ).
Поток излучения от аккрецирующего газа взаимодействует с потоком падающего вещества и замедляет его скорость. Когда радиационная сила становится порядка силы притяжения , происходит резкая перестройка аккреционного потока: скорость его падения замедляется, а плотность увеличивается. Светимость , соответствующая равенству , называется эддингтоновской светимостью эрг/с, где - непрозрачность вещества (см 2 /г). При больших плотностях окружающего газа возможна аккреция типа оседания с медленным дозвуковым движением газа к центру. Такой режим аккреции возможен на нейтронную звезду, находящуюся в центре нормальной (подобная ситуация может быть результатом эволюции тесной двойной системы).
Для черных дыр, не имеющих излучающей поверхности, излучение при аккреции является их основным наблюдаемым проявлением. Огромный гравитационный потенциал на поверхности нейтронной звезды приводит к выделению энергии при аккреции на нее 0,2 Мс 2 - эрг/с. Нейтронные звезды и, возможно, черные дыры в состоянии аккреции являются наиболее мощными рентгеновскими источниками в Галактике со светимостью, достигающей 10 38 эрг/с.
К важным следствиям приводит аккреция на белые карлики. В результате аккреции химический состав поверхностных слоев может существенно отличаться от химического состава внутренних областей. Водородно-гелиевый слой на поверхности белого карлика с ростом массы слоя становится неустойчивым относительно ядерного горения . Происходит тепловая вспышка, приводящая к появлению новой звезды . Аналогичные термоядерные взрывы в слое у поверхности нейтронной звезды могут объяснить существование вспыхивающих рентгеновских источников.
Мощное нетепловое излучение и выбросы из активных ядер галактик и квазаров могут быть объяснены в рамках модели дисковой аккреции вещества (с упорядоченным магнитным полем и большим вращательным моментом) на сверхмассивную () черную дыру.
Гигантские масштабы может иметь аккреция в скоплениях галактик. Находящийся там горячий газ ( г/см 3 , 10 8 К) охлаждается и может падать к центру, где обычно располагается наиболее массивпая галактика скопления. Такой охлаждающийся аккреционный поток может приводить к активности ядра центральной галактики, а также объяснять наблюдаемое распределение газа в скоплениях галактик.
1. Определимся с понятиями
Термин аккреция используется во многих науках: физике, геологии, финансах. Общая его трактовка – прибавление, увеличение.
Астрономы используют это понятие более узко: увеличение массы тела за счет силы притяжения. Происходит так называемый гравитационный захват вещества, который приводит к опаданию его на массивный объект.
Явление аккреции наблюдается практически везде: в солнечной системе, возле других звезд, внутри галактик и за их пределами.
Нельзя путать этот процесс с простым падением на тело другого объекта. В частности, метеорит, который врезается в нашу планету, не является примером аккреции. Должно произойти гравитационное воздействие, объект обязан быть притянутым гравитацией. Юпитер это может. Земля не настолько массивна, чтобы значительно повлиять на траекторию астероидов.
2. Звездная система
Солнечная система образовалась благодаря аккреции.
Известно, что в Космосе всё вращается. Нет тел, которые замерли неподвижно. Так вот, газовое облако при формировании звезды начинает вращаться. В центре образуется звезда, на которую аккрецирует вещество.
После образования светила звездный ветер отталкивает остатки газа. Оставшееся вещество создает аккреционный диск вокруг звезды. Сила вращения не позволяет ему полностью выпасть на центральный объект. По той же причине не падает Луна на Землю, а та – на Солнце.
В этом диске, после слипания микропылинок, опять же, вступает в действие аккреция. Она позволяет образовываться крупным каменным глыбам (1 км и больше), которые служат базой для будущих планет.
Это дает нам право заявить, что аккреция дала нам жизнь . Не возникла бы иначе наша планета.
3. Крайние проявления
Черные дыры известны каждому физику или астроному. Они также могут демонстрировать явление аккреции. Из-за высокой гравитации на них осыпается окружающее вещество.
Благодаря вращению оно это делает не моментально. Опять же, создается аккреционный диск, в котором ускоренное и разогретое вещество образует джеты . В центрах далёких галактик часто видны квазары. Они являются результатом этого процесса.
Также, наверняка многие слышали о новых и сверхновых звездах . Причина их возникновения, в том числе, - аккреция. Очень часто светила образуются парами. Более массивная звезда эволюционирует быстрее, превращаясь в белого карлика или нейтронную звезду.
Высокая гравитация этих объектов может перетягивать вещество от соседа. В результате накопления критического уровня материала тела взрываются, оставляя в небе новую или сверхновую.
4. Вселенские масштабы
Аккреция проявляется и на галактических масштабах. В частности, галактики образуются и увеличивается благодаря этому явлению . Они захватывают вначале отдельные звезды, а потом и карликовых соседей, увеличиваясь в размерах.
Дальнейшее влияние данного процесса заметно в скоплениях и сверхскоплениях галактик. В моделях Вселенной видно течение вещества по волокнам к узлам, которые и представляют собой эти сверхскопления.
Как видим, аккреция проявляется на масштабах от планеты до сверхскоплений галактик. Благодаря гравитации возникают эти структуры. Аккреция может служить источником новых планет и звезд, а также причиной их разрушения при превышении критического значения.
Аккреция - это процесс, посредством которого формируются планеты.
Объяснение:
Аккреция - это процесс образования частиц пыли в космосе, которые слипаются вместе, образуя маленькие камни, эти маленькие камни слипаются вместе, образуя большие камни, затем астероиды, затем планетоиды и, наконец, планеты.
Что такое красное и синее смещение в астрономии?
Что такое ударные волны в астрономии?
Ударная волна - это сильная волна давления, которая вызывает резкое изменение давления, температуры или других условий окружающей среды. В частности, в астрономии ударная волна относится к мощной волне давления, которая может спровоцировать взрывы и образования звезд и сжать межзвездные облака.
Что такое аккреция и как она образовала Землю?
Когда материя собирается вместе, чтобы сформировать большие тела. Аккреция: сближение и сплоченность материи под воздействием гравитации образуют большие тела. После того, как Солнце сформировалось, оставшийся газ, камни, лед и прочее, вращавшиеся вокруг Солнца, начали скапливаться (нарастание). В результате увеличения силы тяжести образовались большие и более тяжелые небесные тела, одним из таких тел стало то, что сейчас известно как Земля.
В астрофизика, нарастание представляет собой накопление частиц в массивный объект путем гравитационно привлекает больше материи, обычно газообразный дело, в аккреционный диск. [1] [2] Наиболее астрономические объекты, такие как галактики, звезды, и планеты, образуются в результате аккреционных процессов.
Содержание
Обзор
Модель аккреции, что Земля и другие планеты земной группы образованный из метеорного материала был предложен в 1944 г. Отто Шмидт, за которым следует теория протопланет из Уильям МакКри (1960) и, наконец, теория захвата из Майкл Вулфсон. [3] В 1978 г. Эндрю Прентис возродил первоначальные лапласианские идеи о формировании планет и развил современная лапласианская теория. [3] Ни одна из этих моделей не оказалась полностью успешной, и многие из предложенных теорий были описательными.
Модель аккреции 1944 года Отто Шмидта получила дальнейшее количественное развитие в 1969 году. Виктор Сафронов. [4] Он подробно рассчитал различные этапы формирования планет земной группы. [5] [6] С тех пор модель получила дальнейшее развитие с использованием интенсивного численного моделирования для изучения планетезимальный накопление. Сейчас принято считать, что звезды образуются в результате гравитационного коллапса межзвездный газ. До коллапса этот газ в основном находится в форме молекулярных облаков, таких как Туманность Ориона. Когда облако схлопывается, теряя потенциальную энергию, оно нагревается, приобретая кинетическую энергию и сохраняя угловой момент гарантирует, что облако образует сплющенный диск - аккреционный диск.
Аккреция галактик
Через несколько сотен тысяч лет после Большой взрыв, то Вселенная охлаждение до точки, где могли образовываться атомы. Поскольку Вселенная продолжала расширять и остыть, атомы потеряли достаточно кинетической энергии, и темная материя достаточно слились, чтобы сформировать протогалактики. Поскольку происходила дальнейшая аккреция, галактики сформирован. [7] Косвенные свидетельства широко распространены. [7] Галактики прорастают слияния и плавное нарастание газа. Аккреция также происходит внутри галактик, образуя звезды.
Аккреция звезд
Виды видимого света (слева) и инфракрасного (справа) изображения Трехраздельная туманность, гигантское звездообразующее облако газа и пыли, расположенное в 5,400 световых лет (1,700 ПК) далеко в созвездии Стрельца
Звезды Считается, что образуются внутри гигантские облака холода молекулярный водород—гигантские молекулярные облака из примерно 300 000 M ☉ и 65 световых лет (20 ПК) в диаметре. [8] [9] За миллионы лет гигантские молекулярные облака склонны к коллапс и фрагментация. [10] Затем эти фрагменты образуют маленькие плотные ядра, которые, в свою очередь, превращаются в звезды. [9] Ядра имеют массу от доли до нескольких масс Солнца и называются протозвездными (протосолнечными) туманностями. [8] Они имеют диаметр 2 000–20 000 астрономические единицы (0.01–0.1 ПК) и плотность числа частиц примерно от 10 000 до 100 000 / см 3 (От 160 000 до 1 600 000 / куб. Дюйм). Сравните это с плотностью частиц воздуха на уровне моря - 2,8. × 10 19 /см 3 (4.6 × 10 20 / у.е. в). [9] [11]
Первоначальный коллапс протозвездной туманности с солнечной массой занимает около 100000 лет. [8] [9] Каждая туманность начинается с определенного количества угловой момент. Газ в центральной части туманности с относительно низким угловым моментом быстро сжимается и образует горячий гидростатический (несокращающееся) ядро, содержащее небольшую долю массы исходной туманности. Это ядро формирует зерно того, что станет звездой. [8] По мере продолжения коллапса сохранение углового момента приводит к ускорению вращения падающей оболочки, которая в конечном итоге формирует диск.
По мере продолжения падения материала с диска оболочка в конечном итоге становится тонкой и прозрачной, и молодой звездный объект (YSO) становится наблюдаемым, первоначально в дальний инфракрасный свет, а затем и в видимом. [11] Примерно в это время протозвезда начинает предохранитель дейтерий. Если протозвезда достаточно массивная (см. Выше 80 M J) следует синтез водорода. В противном случае, если его масса слишком мала, объект становится коричневый карлик. [12] Рождение новой звезды происходит примерно через 100 000 лет после начала коллапса. [8] Объекты на этой стадии известны как протозвезды класса I, которых также называют молодыми. Звезды Т Тельца, эволюционировавшие протозвезды или молодые звездные объекты. К этому времени формирующаяся звезда уже набрала большую часть своей массы; общая масса диска и остальной оболочки не превышает 10–20% от массы центрального YSO. [11]
Когда звезда с меньшей массой в двойной системе входит в фазу расширения, ее внешняя атмосфера может упасть на компактную звезду, образуя аккреционный диск.
Аккреция планет
Самоакреция космическая пыль ускоряет рост частиц до размеров валуна планетезимали. Более массивные планетезимали накапливают одни более мелкие, а другие разрушаются при столкновении. Аккреционные диски распространены вокруг более мелких звезд или звездных остатков в близкий двоичный файл, или черные дыры окружены материалом, например, в центре галактики. Некоторая динамика в диске, например динамическое трение, необходимы для того, чтобы газ на орбите потерял угловой момент и упасть на центральный массивный объект. Иногда это может привести к синтез поверхности звезды (увидеть Бонди аккреция).
При образовании планет земной группы или планетарные ядра, можно рассмотреть несколько этапов. Во-первых, когда частицы газа и пыли сталкиваются, они агломерируются в результате таких микрофизических процессов, как силы Ван дер Ваальса и электромагнитные силы, образующие частицы микрометрового размера; на этом этапе механизмы накопления в основном негравитационные. [19] Однако образование планетезималей в диапазоне от сантиметра до метра изучено недостаточно, и не предлагается убедительного объяснения того, почему такие зерна будут накапливаться, а не просто отскакивать. [19] : 341 В частности, до сих пор не ясно, как эти объекты вырастают до планетезималей размером 0,1–1 км (0,06–0,6 мили); [5] [20] эта проблема известна как "барьер размера метра": [21] [22] По мере того, как частицы пыли растут в результате коагуляции, они приобретают все более высокие относительные скорости по отношению к другим частицам в их окрестностях, а также систематическую скорость внутреннего дрейфа, что приводит к разрушительным столкновениям и тем самым ограничивает рост агрегатов до некоторого максимального размера. [23] Уорд (1996) предполагает, что при столкновении медленно движущихся зерен очень низкая, но ненулевая гравитация сталкивающихся зерен препятствует их вылету. [19] : 341 Также считается, что фрагментация зерен играет важную роль в пополнении мелких зерен и сохранении толщины диска, а также в поддержании относительно высокого содержания твердых частиц всех размеров. [23]
В конечном итоге зерна слипаются, образуя тела размером с гору (или больше), называемые планетезимали. Столкновения и гравитационные взаимодействия между планетезималиями образуются планетарные эмбрионы размером с Луну (протопланеты) примерно за 0,1–1 миллион лет. Наконец, планетарные зародыши сталкиваются, образуя планеты в течение 10–100 миллионов лет. [20] Планетезимали достаточно массивны, поэтому взаимные гравитационные взаимодействия достаточно значительны, чтобы их можно было учесть при вычислении их эволюции. [5] Росту способствует орбитальный распад более мелких тел из-за сопротивления газа, которое не позволяет им застрять между орбитами эмбрионов. [26] [27] Дальнейшие столкновения и скопления приводят к планетам земной группы или ядрам планет-гигантов.
Если планетезимали образовались в результате гравитационного коллапса локальных скоплений гальки, в их росте в зародыши планет и ядра планет-гигантов преобладают дальнейшие скопления гальки. Насыпь гальки ему помогает сопротивление газа, которое ощущается объектами, когда они ускоряются к массивному телу. Газовое сопротивление замедляет камешки ниже скорости убегания массивного тела, заставляя их двигаться по спирали и накапливаться на нем. Аккреция гальки может ускорить формирование планет в 1000 раз по сравнению с аккрецией планетезималей, позволяя планетам-гигантам формироваться до рассеяния газового диска. [28] [29] Тем не менее, рост ядра за счет нарастания гальки кажется несовместимым с окончательными массами и составом Уран и Нептун. [30]
Формирование планеты земной группы отличается от гигантских газовых планет, также называемых Планеты-гиганты. Частицы, из которых состоят планеты земной группы, состоят из металла и горных пород, которые сконденсировались внутри. Солнечная система. Однако планеты-гиганты начинали как большие ледяные планетезимали, которые затем захватывали газообразный водород и гелий из солнечная туманность. [31] Дифференциация между этими двумя классами планетезималей возникает из-за линия мороза солнечной туманности. [32]
Аккреция астероидов
Метеориты содержат записи об аккреции и ударах на всех этапах астероид происхождение и эволюция; однако механизм аккреции и роста астероидов до конца не изучен. [33] Данные свидетельствуют о том, что основной рост астероидов может быть результатом аккреции с помощью газа хондры, которые представляют собой сферулы миллиметрового размера, которые образуются в виде расплавленных (или частично расплавленных) капель в космосе, прежде чем срастутся со своими родительскими астероидами. [33] Во внутренней части Солнечной системы хондры, по-видимому, сыграли решающую роль в инициировании аккреции. [34] Крошечная масса астероидов может быть частично из-за неэффективного образования хондр за пределами 2 Австралия, или менее эффективная доставка хондр от протозвезды. [34] Кроме того, столкновения контролировали образование и разрушение астероидов и считаются основным фактором их геологической эволюции. [34]
Хондры, металлические зерна и другие компоненты, вероятно, образовались в солнечная туманность. Они срослись вместе, чтобы сформировать родительские астероиды. Некоторые из этих тел впоследствии расплавились, образуя металлические сердечники и оливин-богатые мантии; другие были водно изменены. [34] После того, как астероиды остыли, они подверглись эрозии в результате столкновений в течение 4,5 миллиардов лет или разрушились. [35]
Для того, чтобы произошла аккреция, скорости удара должны быть примерно в два раза меньше скорости убегания, что составляет примерно 140РС (460 фут / с) для астероида радиусом 100 км (60 миль). [34] Простые модели аккреции в пояс астероидов Обычно предполагают, что частицы пыли микрометрового размера слипаются и оседают на средней плоскости туманности, образуя плотный слой пыли, который из-за гравитационных сил превратился в диск планетезималей километрового размера. Но несколько аргументов [ который? ] предполагают, что астероиды могли не аккрецироваться таким образом. [34]
Аккреция комет
486958 Аррокот, объект пояса Койпера, который, как считается, представляет первоначальные планетезимали, из которых выросли планеты
Астрономы считают, что кометы возникают как в Облако Оорта и рассеянный диск. [42] Разбросанный диск был создан при Нептун мигрировал вовне в прото-пояс Койпера, который в то время был намного ближе к Солнцу, и оставил после себя популяцию динамически стабильных объектов, на которые никогда не могла повлиять его орбита ( Пояс Койпера собственно), и популяция, чьи перигелии расположены достаточно близко, чтобы Нептун все еще мог беспокоить их, когда он путешествует вокруг Солнца (рассеянный диск). Поскольку рассеянный диск динамически активен, а пояс Койпера относительно динамически устойчив, рассеянный диск теперь рассматривается как наиболее вероятная точка происхождения периодических комет. [42] Классическая теория облака Оорта утверждает, что облако Оорта, сфера размером около 50000 а.е. (0,24 пк) в радиусе, образовалось одновременно с солнечной туманностью и иногда выпускает кометы во внутренние части Солнечной системы, когда гигантская планета или звезда проходит поблизости и вызывает гравитационные нарушения. [43] Примеры таких кометных облаков, возможно, уже видели в Туманность спираль. [44]
Читайте также: