अभिवृद्धि का सिद्धांत खगोल भौतिकी का इंजन है। क्या सपाट तारे हैं? अभिवृद्धि डिस्क की तापीय अस्थिरता का भौतिकी

Ya.B. के जन्म की 100वीं वर्षगांठ पर ज़ेल्डोविच

डिस्क अभिवृद्धि का सिद्धांत कैसे बनाया गया था

शकुरा एन.आई.,

भौतिक और गणितीय विज्ञान के डॉक्टर, साई एमएसयू

यह 1963 की गर्मी थी। गोमेल क्षेत्र के शहरी गांव परीची के माध्यमिक विद्यालय में अंतिम परीक्षा के बाद, मैं किसी व्यवसाय पर बोब्रुइस्क शहर गया, एक किताबों की दुकान में गया और “उच्च गणित के लिए” पुस्तक देखी। शुरुआती" Ya.B. ज़ेल्डोविच। स्वाभाविक रूप से, लेखक के नाम ने मुझे कुछ नहीं बताया, लेकिन पुस्तक की सामग्री ने मुझे निम्नलिखित कारणों से दिलचस्पी दी।

उन अब दूर के समय में, गणित में माध्यमिक शिक्षा सीमा लेने के साथ समाप्त हो गई थी। वे प्राथमिक कार्यों से पहले थे, उनमें से एक परवलय है। न्यूनतम ("सींग" के साथ परवलय) या अधिकतम ("सींग" के साथ परवलय) की स्थिति का पता लगाना आवश्यक था। गणित के स्कूल शिक्षक (साथ ही भौतिकी और खगोल विज्ञान) विएट फॉर्मूला का उपयोग करते हुए तत्कालीन मौजूदा तरीकों के अनुसार यह कैसे किया जाता है, यह बताते हुए अल्फ्रेड विक्टोरोविच बारानोव्स्की ने निम्नलिखित सजा सुनाई: "लेकिन उच्च गणित के तरीकों से, इन मिनीमैक्स की गणना बहुत अधिक की जाती है। तेजी से और अधिक खूबसूरती से। ” अल्फ्रेड ने स्कूल प्रक्रिया के नेताओं के साथ विशेष कक्षाएं संचालित नहीं कीं। मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी से मेल द्वारा भेजी गई समस्याओं की सामग्री से परिचित होकर मैंने गणित में अपना व्यक्तिगत विकास किया।

किताब खरीदने के बाद, मैं बहारेव स्ट्रीट पर एक छोटे से आरामदायक चौक में गया और उसमें से निकलने लगा। पहले पन्नों में स्कूल की अवधारणाओं को रेखांकित किया गया: कार्य, रेखांकन, गति, त्वरण ...

मैं Ya.B की पुस्तक में अधिक हूँ। ज़ेल्डोविच ने नहीं छोड़ा, मुझे मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी में प्रवेश परीक्षा देने के लिए मॉस्को जाना पड़ा। मैंने खगोलीय विभाग को चुना जब मैं पहले से ही चयन समिति के कमरे में था: यू.ए. की उड़ान के बाद से केवल दो साल से अधिक समय बीत चुका था। गगारिन। लेकिन फिर भी, प्रोफेसर बी.ए. द्वारा लिखित "एट्यूड्स ऑन द यूनिवर्स" नामक पुस्तक। वोरोत्सोव-वेल्यामिनोव। एक छात्र के रूप में, मैंने बोरिस अलेक्जेंड्रोविच के व्याख्यान सुने और, स्वाभाविक रूप से, अपनी परीक्षा उत्तीर्ण की। स्कूल में, हमने हाई स्कूल "एस्ट्रोनॉमी" के लिए उनकी मानक पाठ्यपुस्तक का उपयोग करके खगोल विज्ञान पढ़ाया। तब मेरे दिमाग में यह बात भी नहीं आई कि केवल दो या तीन साल ही बीतेंगे और वह मुझे उच्च खगोल विज्ञान का कोर्स पढ़ाएंगे।

अध्ययन के पहले तीन साल Ya.B. Zel'dovich के बिना गुजरे। इसके अलावा, मैं बोब्रुइस्क में खरीदी गई पुस्तक के बारे में भूल गया: यह मानक विश्वविद्यालय की पाठ्यपुस्तकों में शामिल नहीं थी। यह उन लोगों के लिए अभिप्रेत था जो स्वयं के माध्यम से उच्च गणित को समझते थे-

© शकुरा एन.आई.

शिक्षाविद वाई.बी. ज़ेल्डोविच संगोष्ठी में बोलते हैं। 1974

गठन। शिक्षाविद ने इसे नौसिखिए इंजीनियरों और तकनीशियनों को संबोधित किया। इसके अलावा, एक अद्भुत तस्वीर है जहां वह पोप पॉल जॉन द्वितीय को अपने चुने हुए कार्यों का दो-खंड संग्रह देता है।

मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के एसएआई के सौर विभाग में तीसरे वर्ष में मेरी वैज्ञानिक गतिविधि शुरू हुई। ओल्गा निकोलेवना मित्रोपोल्स्काया (प्रोफेसर सोलोमन बोरिसोविच पिकेलनर की पत्नी) और अन्ना इवानोव्ना किरुखिना के मार्गदर्शन में, मैंने सौर स्पेक्ट्रम में अवशोषण रेखा के विस्तार के तंत्र का अध्ययन किया।

जब मैं अपने तीसरे वर्ष में था, मैं याकोव बोरिसोविच को देखने के लिए भाग्यशाली था। भौतिकी संकाय के डीन कार्यालय ने बड़े भौतिक सभागार में पत्रिका के संपादकीय बोर्ड के साथ संकाय के छात्रों की बैठक आयोजित की

"भौतिक विज्ञान में प्रगति"। प्रधान संपादक, शानदार एडुआर्ड व्लादिमीरोविच श्पोल्स्की ने एक मजबूत छाप छोड़ी। मैं। ज़ेल्डोविच मौजूद थे लेकिन उन्होंने बात नहीं की।

मैं पहली बार शिक्षाविद से एक साल बाद व्यक्तिगत रूप से मिला, जब उन्होंने चौथे वर्ष के छात्रों को व्याख्यान देना शुरू किया। 1966 की शरद ऋतु में, हम, मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के भौतिकी संकाय के खगोलीय विभाग के छात्रों ने कक्षा अनुसूची में एक नया विशेष पाठ्यक्रम खोजा - "सितारों की संरचना और विकास", जिसे Ya.B. ज़ेल्डोविच। शुक्रवार को व्याख्यान दिए गए, और गुरुवार को, YaB (जो उनके साथी वैज्ञानिकों का नाम था) के मार्गदर्शन में, मास्को स्टेट यूनिवर्सिटी के SAI में संयुक्त खगोल भौतिकी संगोष्ठी (JAS) आयोजित की गई। इसमें न केवल पहले से स्थापित वैज्ञानिकों ने भाग लिया, बल्कि

युवा जिन्होंने हाल ही में उच्च शिक्षा पूरी की है। छात्र जहां तक ​​संभव हो इस संगोष्ठी में भागे, क्योंकि यह प्रशिक्षण सत्रों की अनुसूची में सूचीबद्ध नहीं था। अपने पहले व्याख्यान के बाद, याकोव बोरिसोविच ने उन लोगों से पूछा जो उनसे एक टर्म पेपर के लिए एक विषय प्राप्त करना चाहते थे। मेरे सहित कई छात्र दर्शकों में बने रहे। जब मेरी बारी आई, तो उन्होंने पूछा कि क्या मैं कल एसएलए की बैठक में शामिल हुआ था। मैंने हां में जवाब दिया। दूसरे प्रश्न के लिए: क्या मैंने ब्रह्मांडीय एक्स-रे के (तत्कालीन रहस्यमय) स्रोतों पर रिपोर्ट सुनी, उत्तर भी सकारात्मक था। फिर हां.बी. ज़ेल्डोविच ने कहा: "एक शक्तिशाली शॉक वेव की संरचना और उत्सर्जन स्पेक्ट्रम की गणना करने का प्रयास करें जो इसकी सतह के पास एक न्यूट्रॉन स्टार पर गैस गिरने के परिणामस्वरूप होता है।"

18 जून, 1962 को एरोबी भूभौतिकीय रॉकेट के प्रक्षेपण के दौरान प्रोफेसर रिकार्डो जियाकोनी के नेतृत्व में अमेरिकी वैज्ञानिकों के एक समूह द्वारा ब्रह्मांडीय एक्स-रे के पहले स्रोतों की खोज की गई थी। 1960 के दशक की शुरुआत तक। एक्स-रे विकिरण का एक अलौकिक स्रोत पहले से ही ज्ञात था - हमारे सूर्य का कोरोना। यह पता चला कि कुछ तंत्रों द्वारा कोरोनल गैस को कई मिलियन डिग्री के तापमान तक गर्म किया जाता है और इस श्रेणी में सौर कोरोना की चमक सूर्य की ऑप्टिकल चमक (4x1033 erg/s) का लगभग दस लाखवां हिस्सा है। यह मान लेना स्वाभाविक था कि अन्य तारों के आसपास भी गर्म कोरोना मौजूद हैं। हालांकि, एक साधारण गणना से पता चला कि उस समय के डिटेक्टर कई पारसेक की दूरी से निकटतम सितारों के कोरोनस का पता नहीं लगा सकते थे। वैज्ञानिकों को चांद से एक्स-रे की खोज की उम्मीद! बेशक, चंद्रमा का कोई वातावरण नहीं है। हालांकि, एक संभावित तंत्र चंद्र मिट्टी की फ्लोरोसेंट चमक थी, जो विकिरणित थी

सौर कोरोना से आने वाले एक्स-रे द्वारा अपेक्षित। एरोबी रॉकेट 225 किमी की ऊंचाई तक पहुंचा, उड़ान 350 सेकंड तक चली। 1.5-6 केवी की ऊर्जा रेंज में बड़े क्षेत्र और अच्छी संवेदनशीलता वाले तीन गीजर काउंटरों में से दो लगातार काम कर रहे थे। इस श्रेणी में पृथ्वी का वायुमंडल पूरी तरह से अपारदर्शी है। चंद्रमा से एक्स-रे के बजाय, उन्होंने एक उज्ज्वल, पहले अज्ञात स्रोत की खोज की, जो सौर मंडल से बहुत दूर वृश्चिक राशि की दिशा में स्थित है, जिसे Sco X-1 कहा जाता है। इसके बाद, रॉकेट लॉन्च के परिणामस्वरूप, नए एक्स-रे स्रोतों की खोज की जाने लगी। धीरे-धीरे, अलग-अलग प्रकृति के स्रोतों के साथ एक्स-रे आकाश का एक नक्शा बनाया गया था, उन्हें किस नक्षत्र की दिशा के अनुसार नामित किया गया था (उदाहरण के लिए, Cyg X-1, Cyg X-2, Her X-1, Cen एक्स-3)। जैसा कि बाद में पता चला, उनकी एक्स-रे चमक हजारों थी, और यहां तक ​​कि सूर्य की ऑप्टिकल चमक से हजारों गुना अधिक थी। इस प्रकार एक्स-रे खगोल विज्ञान का युग शुरू हुआ, ब्रह्मांड में असाधारण खोजों का युग।

1966 की शरद ऋतु में, कक्षाएं शुरू होने के कुछ सप्ताह बाद, खगोल भौतिकी विभाग के वैज्ञानिक सचिव, SAI वैलेंटिना याकोवलेना एल्डुसेवा के एक शोधकर्ता, ने मेरे पाठ्यक्रम कार्य के विषय को स्पष्ट करने के लिए मुझसे संपर्क किया। "कोल्या, शिक्षाविद ज़ेल्डोविच ने आपके लिए एक अभिवृद्धि मॉडल विकसित करने का कार्य निर्धारित किया है," उसने कहा। यह तब था जब मैंने पहली बार "अभिवृद्धि" शब्द की रहस्यमय ध्वनि सुनी और मुझे बहुत आश्चर्य हुआ। आखिरकार, शिक्षाविद ने मुझे सदमे की लहर की संरचना की गणना करने के लिए कहा और पहले तो मेरे साथ अपनी बातचीत में इस शब्द का इस्तेमाल नहीं किया, और उस समय के मानक खगोलीय पाठ्यक्रमों में अभिवृद्धि प्रक्रियाओं की कोई अवधारणा नहीं थी।

मेरे भ्रम को देखकर, वेलेंटीना याकोवलेना ने सुझाव दिया कि मैं वैज्ञानिक पुस्तकालय का उपयोग करूँ

एक्स-रे विकिरण

सामग्री संचय

शॉक वेव

एक अभिवृद्धि करने वाले न्यूट्रॉन तारे की सतह के पास एक शॉक वेव की घटना को समझाते हुए आरेख।

गेश। मुझे पता चला कि शब्द "एक्क्रीशन" लैटिन मूल का है (aoogeHo) और इसका अर्थ है वृद्धि, कुछ जोड़ना। खगोल विज्ञान में, अभिवृद्धि शब्द का अर्थ है अपने आसपास के दुर्लभ पदार्थ के विभिन्न प्रकृति के गुरुत्वाकर्षण केंद्रों पर गिरने की प्रक्रिया। हाँ, तो, आधी सदी से भी पहले, ब्रह्मांड में पदार्थ के संचय की प्रक्रियाओं का सैद्धांतिक अध्ययन अपनी प्रारंभिक अवस्था में था। इसके अलावा, 1950 के दशक में तारकीय हवाओं की खोज की गई,

तारे के बीच के पदार्थ को साधारण तारों की सतह पर गिरने से रोकना। तारों के विभिन्न वर्गों (हमारे सूर्य सहित) के लिए तारकीय हवाओं की उत्पत्ति के कारण अलग-अलग हैं, लेकिन साधारण एकल सितारों पर कोई अभिवृद्धि नहीं होती है। एक और चीज सितारों के विकास के अंतिम चरण हैं: सफेद बौने, न्यूट्रॉन तारे और ब्लैक होल।

आपेक्षिक तारों के साथ निकट बाइनरी सिस्टम में दो प्रकार के अभिवृद्धि डिस्क का निर्माण।

गोय - प्रसिद्ध अमेरिकी भौतिक विज्ञानी ई। सालपीटर। उन्होंने एक विशाल गैस बादल में ब्लैक होल की सुपरसोनिक गति के दौरान होने वाली शॉक वेव में ऊर्जा रिलीज की ओर ध्यान आकर्षित किया। ब्लैक होल के पास, शॉक वेव से गुजरने के बाद, गैस इतनी अधिक गर्म होती है कि वह एक्स-रे और गामा-रे रेंज में ऊर्जा विकीर्ण करने लगती है।

1966 की शरद ऋतु में, याकोव बोरिसोविच के मार्गदर्शन में, मैंने एक मजबूत शॉक वेव की संरचना और विकिरण स्पेक्ट्रम की गणना करना शुरू किया, जो एक अभिवृद्धि वाले न्यूट्रॉन तारे की सतह के पास उत्पन्न होता है। समस्या की जटिलता इस तथ्य में निहित है कि घटना कणों के पथ की लंबाई उनके पूर्ण विराम तक विकिरण के पदार्थ के साथ बातचीत के विशिष्ट पैमाने से दस गुना अधिक है। कई समस्याओं को हल करते समय, शॉक वेव की संरचना की गणना करने की आवश्यकता नहीं होती है - यह केवल घनत्व, दबाव, तापमान और अन्य भौतिक मात्राओं में गिरावट की दर और पदार्थ के एडियाबेटिक इंडेक्स के आधार पर छलांग लगाने के लिए पर्याप्त है। उत्पन्न समस्या में, ऊर्जा की रिहाई के साथ स्थिरता क्षेत्र में घनत्व, तापमान और अन्य मात्राएं बदल गईं। इसके अलावा, इस क्षेत्र में, सामूहिक प्लाज्मा प्रक्रियाओं की घटना को बाहर नहीं किया जाता है, गणना सामान्य के बजाय भौतिक कैनेटीक्स के अधिक जटिल स्तर तक पहुंचती है।

जलगतिकी। अंत में, यह दिखाना संभव था कि एक्रीटिंग न्यूट्रॉन सितारों से शॉक वेव्स के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा ने रॉकेट लॉन्च के परिणामस्वरूप प्राप्त आंकड़ों की व्याख्या की।

1960 के दशक में ऑप्टिकल रेंज में ब्रह्मांडीय एक्स-रे स्रोतों की पहली पहचान दिखाई दी, जिससे उनकी दूरी और उनकी चमक का अनुमान लगाना संभव हो गया। यह हमारे लिए YaB . के साथ स्पष्ट हो गया

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क्वासर से ऑप्टिकल और एक्स-रे उत्सर्जन के कई मॉडल अर्ध-गोलाकार, या डिस्क, ब्लैक होल पर अभिवृद्धि (धारा 4) पर आधारित हैं। इन मॉडलों में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर गिरने के समय और शीतलन समय का अनुपात है। यदि यह अनुपात एकता से बहुत अधिक या बहुत कम है, तो ऊर्जा रिलीज की दक्षता कम होगी और संचित पदार्थ की गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा को निगल लिया जाएगा गतिज या तापीय ऊर्जा के रूप में छेद। यदि तब मान बड़ा हो सकता है। अर्ध-गोलाकार अभिवृद्धि के लिए, गिरने वाली अधिकांश गैस कम कोणीय गति वाले ठंडे बादलों के रूप में हो सकती है। यदि (आदर्श रूप से) ये बादल उस छेद के बहुत करीब टकराते हैं, जहाँ उनके सापेक्ष वेग c तक पहुँचते हैं, तो बादलों में शॉक वेव्स उठेंगी, जिससे प्रभावी अपव्यय होगा। (गांगेय सुपरनोवा अवशेषों की टिप्पणियों से, हम जानते हैं कि वेग c के साथ शॉक वेव्स सापेक्षतावादी इलेक्ट्रॉनों को तेज करने के लिए पर्याप्त कुशल हैं, और यह कि परिणामी विकिरण क्षमता काफी प्रशंसनीय है यदि इस प्रकार की टक्कर वास्तव में हो सकती है।) जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, डिस्क अभिवृद्धि हो सकती है परिमाण भी हो

अस्थिरताएं, जो एक्स-रे बायनेरिज़ के मॉडल के लिए एक आपदा हैं, क्वासर के डिस्क मॉडल में भी पूरी तरह से मौजूद हैं। एडिंगटन सीमा पर एक अभिवृद्धि द्रव्यमान वाले ब्लैक होल के आस-पास डिस्क के अंतरतम क्षेत्रों में 10 वी के तापमान होना चाहिए। इसका मतलब है कि गैस के दबाव में विकिरण दबाव का अनुपात (धारा 4 देखें) बड़ा है और वह लाइनों में शीतलन (उदाहरण के लिए, देखें) जारी गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा डिस्क के ऊपर "क्राउन" में संग्रहीत होती है। ऊर्जा को विकिरण या ऊष्मीय रूप से संचालित हवा के रूप में दूर ले जाया जा सकता है, सौर हवा का एक स्केल-शिफ्ट संस्करण जो सौर कोरोना में संग्रहीत अधिकांश ऊर्जा को दूर ले जाता है। समानता समाधान पाए गए हैं जिसमें डिस्क में जमा होने वाले पदार्थ का एक छोटा सा हिस्सा छेद द्वारा "स्वीकार" किया जाता है और चमक उत्पन्न कर सकता है। शेष पदार्थ विकिरण दबाव से दूर हो जाता है। इस मामले में, स्पिन अक्ष के समानांतर और समानांतर समानांतर फ्लक्स प्राप्त करना संभव हो जाता है।

एक वैकल्पिक योजना में (पुस्तक में ब्लैंडॉर्फ़ का पेपर और उसमें संदर्भ भी देखें), संचित गैस की ऊर्जा और कोणीय गति को छेद के पास अभिनय करने वाले विद्युत चुम्बकीय घुमा बलों द्वारा निकाला जाता है। यह वास्तव में अक्षीय ज्यामिति में भी काफी उच्च दक्षता के साथ किया जा सकता है। डिस्क में एम्बेडेड चुंबकीय क्षेत्र पर विचार करें। पहले सन्निकटन में, डिस्क में घूमने वाले मामले में क्षेत्र "जमे हुए" हो जाएगा (विशाल विद्युत चालकता के कारण, जिसका अर्थ है "आदर्श एमएचडी स्थिति" इस समीकरण के रोटर का तात्पर्य है, जिसे सीधे चुंबकीय ठंड के रूप में व्याख्या किया जाता है मामले में क्षेत्र)। डिस्क से निकलने वाली बल की चुंबकीय रेखाएं और डिस्क में घूमने वाले पदार्थ में "जमे हुए" एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करेंगे, जैसा कि स्थानीय रूप से गैर-घूर्णन (स्थिर) पर्यवेक्षकों द्वारा देखा जाएगा। यह विद्युत क्षेत्र डिस्क के अंतरतम भागों में और वास्तव में एक फैराडे डिस्क की तरह, छेद के पार एक विद्युत संभावित अंतर पैदा करता है। यह संभावित अंतर धाराओं को मजबूर करेगा

छेद के चारों ओर एक मैग्नेटोस्फीयर स्थापित करते हुए, डिस्क से चुंबकीय क्षेत्र की रेखाओं के साथ प्रवाहित करें। अंततः ये धाराएं चुंबकीय क्षेत्र का एक टॉरॉयडल घटक उत्पन्न करेंगी, जिससे कि पदार्थ की गति से बल की रेखाएं वापस खींच ली जाएंगी। इसलिए, छेद के पास किसी भी पदार्थ पर घूर्णन अभिनय का एक प्रतिरोधी क्षण होगा, और इससे डिस्क के विमान में कोणीय गति (और ऊर्जा) का स्थानांतरण नहीं हो सकता है (जैसा कि चिपचिपाहट वाले पारंपरिक मॉडल में होता है), लेकिन इलेक्ट्रोमैग्नेटिक या हाइड्रोमैग्नेटिक पॉयटिंग फ्लो के रूप में डिस्क के लंबवत।

वही तंत्र छिद्र से ही स्पिन ऊर्जा का निष्कर्षण कर सकता है। एक विशिष्ट कोणीय गति वाले केर ब्लैक होल से, सिद्धांत रूप से ऊर्जा का एक अंश निकाला जा सकता है (जो 0 से 29% तक 0 से एम तक की वृद्धि के रूप में भिन्न होता है)। हालाँकि, इसे व्यवहार में महसूस करने के लिए, धाराओं की आवश्यकता होती है जो क्षितिज के पार स्वतंत्र रूप से प्रवाहित होती हैं। चूंकि कणों को क्षितिज पर अंदर की ओर बढ़ना चाहिए, और स्पष्ट रूप से लंबी दूरी पर बाहर की ओर बढ़ सकते हैं, आंतरिक चुंबकमंडल में वर्तमान-वाहक आवेशों का कुछ स्रोत होना चाहिए। यह क्षितिज के ऊपर निर्वात के विनाश द्वारा प्रदान किया जा सकता है, जैसे कि बिजली गिरने से। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि क्वासर के मूल के अंदर अपेक्षित परिस्थितियों में, इस विनाश को उत्पन्न करने में सक्षम सरल तंत्र हैं। यह संचित पदार्थ की शेष ऊर्जा के एक महत्वपूर्ण हिस्से को मुक्त करने का एक वैकल्पिक तरीका प्रदान करता है। वास्तव में, कोई भी संचित चुंबकीय गैस अस्थिर प्रतीत होगी, जिससे अधिकांश ऊर्जा विस्फोटक विस्फोटों के बजाय निकल जाएगी। यदि छेद काफी बड़े थे, तो यह घने पर्याप्त क्लस्टर क्षेत्रों में भी सबसे चमकीले क्वासर को ईंधन देने के लिए खींच सकता था।)