Circumstellar skiva - Circumstellar disc

Från Wikipedia, den fria encyklopedin
Circumstellar skivor HD 141943 och HD 191089.

En circumstellar skiva (eller circumstellar skiva ) är en torus , pannkaka eller ringformad ansamling av materia som består av gas , damm , planetesimals , asteroider eller kollisionsfragment i omloppsbana runt en stjärna . Runt de yngsta stjärnorna är de reservoarerna av material som planeter kan bildas av. Runt mogna stjärnor indikerar de att planetesimal bildning har ägt rum, och runt vita dvärgar indikerar de att planetmaterial överlevde hela stjärnutvecklingen. En sådan skiva kan manifestera sig på olika sätt.

Ung stjärna

Stjärnan SAO 206462 har en ovanlig cirkelformad skiva

Enligt den allmänt accepterade modellen för stjärnbildning , ibland kallad nebulärhypotesen , bildas en ung stjärna ( protostjärna ) av gravitationskollapsen av en ficka av materia i ett jätte molekylärt moln . Det fallande materialet har en viss mängd vinkelmoment , vilket resulterar i bildandet av en gasformig protoplanetär skiva runt den unga, roterande stjärnan. Den förstnämnda är en roterande cirkulär skiva av tät gas och damm som fortsätter att mata den centrala stjärnan. Den kan innehålla några procent av den centrala stjärnans massa, huvudsakligen i form av gas som i sig huvudsakligen är väte . Den huvudsakliga tillväxtfasen varar några miljoner år, med tillväxthastigheter vanligtvis mellan 10 −7 och 10 −9 solmassor per år (priser för typiska system som presenteras i Hartmann et al.).

Skivan svalnar gradvis i så kallat T Tauri-stjärnstadiet . Inom denna skiva kan bildning av små dammkorn av stenar och is förekomma, och dessa kan koagulera till planetesimals . Om skivan är tillräckligt massiv börjar de löpande tillväxterna, vilket resulterar i att planetembryon uppträder. Bildandet av planetsystem tros vara ett naturligt resultat av stjärnbildningen. En solliknande stjärna tar vanligtvis cirka 100 miljoner år att bilda.

Runt solsystemet

Konstnärens intryck av en övergångsskiva runt en ung stjärna .

Binärt system

Rundskivan runt AK Scorpii , ett ungt system i konstellationen Scorpius. Bilden på skivan togs med ALMA .

Påfyllningen av gas till ett binärt system möjliggör bildandet av cirkelformade och cirkulära skivor. Bildandet av en sådan skiva kommer att inträffa för alla binära system i vilka fallande gas innehåller en viss grad av vinkelmoment. En allmän utveckling av skivbildning observeras med ökande nivåer av vinkelmoment:

  • Circumprimary skiva är en som kretsar kring den primära (dvs. mer massiva) stjärnan i det binära systemet. Denna typ av skiva kommer att bildas genom tillväxt om det finns någon vinkelmoment i den fallande gasen.
  • Cirkumsekundär skiva är en som kretsar kring den sekundära (dvs. mindre massiva) stjärnan i det binära stjärnsystemet. Denna typ av skiva kommer endast att bildas när det finns tillräckligt hög vinkelmoment i den fallande gasen. Mängden vinkelmoment som krävs beror på det sekundära till det primära massförhållandet.
  • Circumbinary skiva är en som kretsar kring både de primära och sekundära stjärnorna. En sådan skiva kommer att bildas vid ett senare tillfälle än skivorna runt och runt, med en inre radie som är mycket större än det binära systemets omloppsradie . En cirkuminarisk skiva kan bildas med en övre massgräns på ungefär 0,005 solmassor, vid vilken tidpunkt det binära systemet i allmänhet inte kan stör skivan tillräckligt starkt för att gas ska ytterligare ackreteras på skivorna kring och runt. Ett exempel på en cirkelskiva kan ses runt stjärnsystemet GG Tauri .

När en cirkelformad skiva väl har bildats skapas spiraldensitetsvågor i det cirkulära materialet via ett differentiellt vridmoment på grund av binärens tyngdkraft. Majoriteten av dessa skivor bildar axissymmetrisk för det binära planet, men det är möjligt för processer som Bardeen-Petterson-effekten, ett feljusterat dipolmagnetfält och strålningstryck att producera en betydande varp eller lutning till en ursprungligen platt skiva.

Starkt bevis för lutade skivor ses i systemen Her X-1, SMC X-1 och SS 433 (bland andra), där en periodisk synfältblockering av röntgenemission ses i storleksordningen 50– 200 dagar; mycket långsammare än systemets binära omlopp på ~ 1 dag. Den periodiska blockeringen antas härröra från nedbrytning av en kringliggande eller cirkulär skiva, som normalt sker retrograd till den binära banan som ett resultat av samma differentiella vridmoment som skapar spiraldensitetsvågor i en axissymmetrisk skiva.

Bevis på lutande cirkelskivor kan ses genom snedställd geometri i cirkelformade skivor, nedtryckning av protostjärnstrålar och lutande banor av omplanetära föremål (som ses i den förmörkande binära TY CrA). För skivor som kretsar kring ett lågt sekundärt till primärt massförhållande binärt, kommer en lutad cirkulationsskiva att genomgå styv precession med en period i storleksordningen år. För skivor runt en binärmassa med ett massförhållande på en kommer differentiella vridmoment att vara tillräckligt starka för att riva insidan av skivan i två eller flera separata, föregående skivor.

En studie från 2020 med användning av ALMA- data visade att cirkulationsdiskar runt binära kortvaror ofta är i linje med binärbana. Binärer med en period längre än en månad visade typiskt en felinriktning av disken med den binära banan.

Damm

Urmoln av gas och damm som omger den unga stjärnan HD 163296 .
  • Skräpskivor består av planetesimals tillsammans med fint damm och små mängder gas som genereras genom deras kollisioner och avdunstning. Den ursprungliga gasen och små dammpartiklar har spridits eller ackumulerats i planeter.
  • Zodiacal moln eller interplanetärt damm är materialet i solsystemet skapat av kollisioner av asteroider och avdunstning av komet sett för observatörer på jorden som ett band av utspritt ljus längs ekliptiken före soluppgång eller efter solnedgång.
  • Exozodiacal damm är damm runt en annan stjärna än solen på en plats som är analog med den för Zodiacal Light i solsystemet.

Stadier

Protoplanetär skiva AS 209 .

Stadier i cirkulära skivor hänvisar till skivans struktur och huvudsammansättning vid olika tidpunkter under dess utveckling. Stadier inkluderar faserna när skivan huvudsakligen består av partiklar av submikronstorlek, utvecklingen av dessa partiklar till korn och större föremål, agglomerering av större föremål till planetesimals , och tillväxt och omloppsutveckling av planetesimals till planetsystemen, som vår Solsystemet eller många andra stjärnor.

Stora utvecklingsstadier för cirkulära skivor

  • Protoplanetära skivor : I detta skede är stora mängder urmaterial (t.ex. gas och damm) närvarande och skivorna är tillräckligt stora för att ha potential att bli planetbildande.
  • Övergångsskivor: I detta skede visar skivan signifikant minskning av närvaron av gas och damm och presenterar egenskaper mellan protoplanetära och skräpskivor.
  • Skräpskivor : I detta skede är den cirkelformade skivan en svag dammskiva som presenterar små gasmängder eller till och med ingen gas alls. Den kännetecknas av att dammens livstid är mindre än skivans ålder, vilket indikerar att skivan är andra generationen snarare än uråldrig.

Skivförlust och evolution

V1247 Orionis är en ung, het stjärna omgiven av en dynamisk ring av gas och damm.

Materialförlust är en av de processer som är ansvariga för evolutionsomvandling av skivor. Tillsammans med information om massan av den centrala stjärnan kan observation av materialförlust vid olika stadier av en cirkelformad skiva användas för att bestämma de tidsskalor som är involverade i dess utveckling. Exempelvis uppskattar observationer av spridningsprocessen i övergångsskivor (skivor med stora inre hål) medelåldern för en omkretsskiva till cirka 10 Myr.

Avledningsprocessen och dess varaktighet i varje steg är inte väl förstådd. Flera mekanismer, med olika förutsägelser för skivornas observerade egenskaper, har föreslagits för att förklara spridning i omständliga skivor. Mekanismer som att minska dammens opacitet på grund av korntillväxt, fotoavdunstning av material med röntgen- eller UV- fotoner från den centrala stjärnan ( stjärnvind ) eller det dynamiska inflytandet från en gigantisk planet som bildas i skivan är några av de processer som har föreslagits för att förklara försvinnande.

Dissipation är en process som sker kontinuerligt i cirkelformade skivor under den centrala stjärnans livstid, och samtidigt, för samma steg, är en process som finns i olika delar av skivan. Försvinnande kan delas in i inre skivförlust, mitt-skivförlust och yttre skivförlust, beroende på vilken del av skivan som övervägs.

Inre skivförlust sker vid den inre delen av skivan (<0,05 - 0,1 AU ). Eftersom det är närmast stjärnan är denna region också den hetaste, och därför avger material som finns där typiskt strålning i det nära infraröda området av det elektromagnetiska spektrumet . Studie av strålningen från det mycket heta damm som finns i den delen av skivan indikerar att det finns en empirisk koppling mellan tillväxt från en skiva till stjärnan och utkast i ett utflöde.

Förlust av mitten av skivan , inträffar vid mitten av skivområdet (1-5 AU ) och kännetecknas av närvaron av mycket mer kallare material än i skivans inre del. Följaktligen har strålning som emitteras från denna region större våglängd , faktiskt i det mellersta infraröda området, vilket gör det mycket svårt att upptäcka och förutsäga tidsskalan för denna områdes spridning. Studier gjorda för att bestämma spridningstidsskalan i denna region ger ett brett spektrum av värden och förutsäger tidsskalor från mindre än 10 upp till 100 Myr.

Yttre avledning skivan sker i områdena mellan 50 - 100 AU , där temperaturen är mycket lägre och emitterad strålningsvåglängds ökar till millimeter regionen av elektromagnetiska spektrumet . Genomsnittliga dammmassor för denna region har rapporterats vara ~ 10 −5 solmassor. Studier av äldre skräpskivor (10 7 - 10 9 år) antyder dammmassor så låga som 10 −8 solmassor, vilket antyder att diffusion i yttre skivor sker på mycket lång tidsskala.

Som nämnts är omständliga skivor inte jämviktsobjekt utan utvecklas ständigt. Utvecklingen av skivans ytdensitet, vilket är mängden massa per ytenhet, så efter att volymdensiteten på en viss plats i skivan har integrerats över den vertikala strukturen, ges av: var är den radiella platsen i skivan skivan och är viskositeten på plats . Denna ekvation antar axelsymmetrisk symmetri i skivan, men är kompatibel med alla vertikala skivstrukturer.

Viskositeten i skivan, oavsett om den är molekylär, turbulent eller annan, transporterar vinkelmomentet utåt i skivan och det mesta av massan inåt, så småningom accreterar på det centrala föremålet. Massans tillväxt på stjärnan när det gäller skivviskositeten uttrycks: var är den inre radien.

Se även

Referenser

externa länkar