Учёные представили модель с учётом самогравитации газа, преодолевая ограничения классической теории аккреции
Глобальные решения краевой задачи (TPBVP) для ~β=0.65 и γ=4/3. Источник: The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adec71
Группа исследователей под руководством профессора Цзяо Чэнляна из Юньнаньской обсерватории Китайской академии наук совместно с коллегами разработала самосогласованную модель, которая устраняет многолетние пробелы в теории сферической аккреции с учётом самогравитации газа. Исследование было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.
Аккреция — фундаментальный астрофизический процесс, при котором вещество «падает» на центральный объект (например, чёрную дыру или звезду). Она играет ключевую роль в объяснении таких явлений, как формирование звёзд и рост чёрных дыр. С 1950-х годов классическая модель Бонди остаётся основой для изучения аккреции. Однако в ней игнорируется самогравитация аккрецируемого газа. Как отмечают авторы, это упущение искажает структуру потоков и скорость аккреции в высокоплотных средах, снижая точность модели в критических сценариях.
Чтобы решить проблему, команда разработала математический подход, основанный на трёхточечной краевой задаче, описывающей сферически симметричную аккрецию с полным учётом самогравитации. Для расчётов использован метод релаксации — численный алгоритм для нелинейных систем. Учёные также вывели упрощённые аналитические формулы, позволяющие астрономам оценивать влияние самогравитации без сложных вычислений.
Ключевым элементом модели стал безразмерный параметр β, который количественно описывает эффекты самогравитации на основе четырёх наблюдаемых свойств среды: плотности, скорости звука, внешнего радиуса и адиабатического индекса (характеризует реакцию газа на изменение температуры и давления).
- Сдвиг звуковой точки: При росте β (усиление самогравитации) звуковая точка — зона перехода газа от дозвуковой к сверхзвуковой скорости — смещается ближе к центральному объекту.
- Рост скорости аккреции: Для адиабатических индексов γ в диапазоне 1–5/3 (типично для астрофизических газов) увеличение β приводит к значительному ускорению аккреции.
- Исключение при γ=5/3: Высокая «жёсткость» газа (сопротивление сжатию) нейтрализует влияние самогравитации, и скорость аккреции стабилизируется.
Исследователи также обнаружили верхний предел для β. Его превышение делает стационарную аккрецию невозможной — результат, согласующийся с теорией гравитационной неустойчивости (критерий Боннора-Эберта, определяющий коллапс газовых облаков).
Практическое применение модели
Модель протестирована на двух сценариях:
- Сверхэддингтоновская аккреция на зародыши сверхмассивных чёрных дыр: В ранней Вселенной аккреция шла в тысячи раз быстрее, чем предсказывает эддингтоновский предел. Модель подтвердила, что самогравитация газа была решающим фактором в формировании первых сверхмассивных чёрных дыр.
- Аккреция на звёздные объекты в дисках активных галактических ядер (AGN): В плотных дисках AGN самогравитация становится значимой, а параметр β помогает оценить её влияние на рождение звёзд и компактных объектов.
Это исследование открывает новые возможности для изучения аккреционных процессов — от формирования протозвёзд до эволюции квазаров. Аналитические формулы модели упростят расчёты, уменьшив зависимость от ресурсоёмких симуляций.
Новая модель не только закрывает теоретические пробелы, но и предлагает инструменты для изучения экстремальных процессов, таких как образование сверхмассивных чёрных дыр в ранней Вселенной. Учёт самогравитации позволяет точнее предсказывать динамику аккреции в активных галактических ядрах, где рождаются звёзды в экстремальных условиях. Это приближает нас к пониманию того, как гравитация формирует структуру Вселенной на всех масштабах.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
