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吸积盘 - 维基百科,自由的百科全书

吸積ばんaccretion diskよし圍繞いじょうだい質量しつりょう中心ちゅうしん天體てんたい進行しんこう軌道きどう運動うんどうてき瀰散物質ぶっしつしょ形成けいせいてきいちしゅ結構けっこう (通常つうじょういちほししゅうばん);中心ちゅうしんたい通常つうじょういち恆星こうせいとう盤面ばんめん螺旋らせんがたこう內旋こう中心ちゅうしん天體てんたい引力いんりょく摩擦まさつりょく壓縮あっしゅくなみひさげだか物體ぶったいてき溫度おんどしるべ電磁でんじ輻射ふくしゃてき發射はっしゃ輻射ふくしゃてきしきりつ範圍はんいけつ中心ちゅうしん天體てんたいてき質量しつりょうとしけい恆星こうせいはら恆星こうせいてき吸積ばんざいべに外線がいせんなみだん輻射ふくしゃ部分ぶぶんてき中子なかごぼしくろほら周圍しゅういてき輻射ふくしゃ範圍はんい落在電磁でんじしきてきXせん。吸積ばん振盪しんとうしきてき研究けんきゅうしょうためばん地震じしんがく[1][2]

ざいちょうきょだい橢圓だえんほしけいM87中心ちゅうしんくろほらてき圓盤えんばん形影けいえいぞう
NGC 4261くろほら
X线双ぼしけい统中てき巨星きょせい-吸积盘示

表現ひょうげん

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吸積ばん天體てんたい物理ぶつりがくちゅう普遍ふへん存在そんざいてき現象げんしょう活躍かつやくほしけいかくはらこうほしばんとぎ瑪射せんみやこわたる及吸せきばん。這些盤面ばんめん經常けいじょうさん生來せいらい中心ちゅうしん天體てんたい附近ふきんてき天體てんたい物理ぶつり噴流ふんりゅう噴流ふんりゅうほしばん系統けいとうざい損失そんしつふと質量しつりょうてき情況じょうきょう釋放しゃくほうすみどうりょうてき有效ゆうこう方法ほうほう

自然しぜんかいちゅう發現はつげんてきさい壯觀そうかんてき吸積ばん活躍かつやくほしけいかくるいほしたいてき吸積ばん,它們みとめためほしけい中心ちゅうしんてきだい質量しつりょうくろほらとう物質ぶっしつ進入しんにゅう吸積ばん,它沿ちょいちじょうしょうためtendexせんえいTendex lineてき軌跡きせき運動うんどう,這條軌跡きせき描述りょう一條向內的螺旋線。這是いんため粒子りゅうしざい湍流ちゅう相互そうご摩擦まさつはんたま造成ぞうせい摩擦まさつ加熱かねつしたがえ而將のうりょう散發さんぱつ減少げんしょうりょう粒子りゅうしてきかくどうりょう使つかい粒子りゅうしこう內漂うつりしたがえ而推動向どうこう內的螺旋らせんかくどう量的りょうてき損失そんしつ表現ひょうげんため速度そくどてきくだていざい較慢てき速度そくど粒子りゅうし必須ひっす採用さいよう較低てき軌道きどうとう粒子りゅうし下降かこういたり這個較低てき軌道きどうじょう,它的一部分引力位能被轉化為新增的速度,粒子りゅうしまた加速かそくよし此,そく使つかい現在げんざいてき速度そくど以前いぜんこころよただしよしため它失りょうかくどうりょう,它仍しかしつりょういち些能りょうとう一顆粒子的軌道越來越接近中心,它的速度そくど也隨增加ぞうかずいちょ速度そくどてき增加ぞうか摩擦まさつりょく也隨增加ぞうかいんため越來ごえくえつてき粒子りゅうしぜいのう(相對そうたい於黑ほら)輻射ふくしゃくろほらてき吸積ばん非常ひじょうねつ,其溫度おんどあし以在事件じけん視界しかいそと發射はっしゃXせんるいほしたいてきだか光度こうどみとめため氣體きたい超大ちょうだい質量しつりょうくろほら吸積てき結果けっか[3]恆星こうせいいん潮汐ちょうせき碎裂造成ぞうせいてき橢圓だえん吸積ばんざいほしけいかくるいほしたいちゅう很典がたてき[4]。吸積過程かてい以將物體ぶったい質量しつりょうてき10%いた40%轉化てんかためのうりょう,而かく融合ゆうごう過程かていただゆう0.7%[5]ざい密接みっせつてきれんぼし系統けいとうなか質量しつりょう較大てきしゅほしえんじ較快,とう質量しつりょう較小てきともぼし到達とうたつ巨星きょせい狀態じょうたいなみ超過ちょうからくまれべんとき,它已けいえんじ化成かせいしろ矮星中子なかごぼしあるくろほらしか氣流きりゅうかいしたがえともぼし發展はってんいたただしゅ恆星こうせいかくどうりょう守恆もりつね封鎖ふうさりょうしたがえ一顆恆星到另一顆恆星的直線流動,而代これてき就是形成けいせい吸積ばん

圍繞いじょうちょきむうしTほしある赫比かくほしてき吸積ばんいんためみとめためくだりぼし系統けいとうてき祖先そせん所以ゆえんしょうためはらこうほしばんざい這種情況じょうきょう,吸積氣體きたい形成けいせい恆星こうせいてき分子ぶんしくも,而不ともぼし

 
藝術げいじゅつほう下帶したおびゆう吸積ばんてき恆星こうせい
くろほら吸積てき動畫どうが
這個ゆかりちょうきゅう電腦でんのうすうよりどころ製作せいさくてき動畫どうがたい你到恆星こうせい質量しつりょうくろほら吸積ばんてき內部區域くいき
這段かげへん展示てんじりょう藝術げいじゅつたいほしけいNGC 3783中心ちゅうしんくろほら散發さんぱつ塵埃じんあいふうてき印象いんしょう

吸积盘物理学りがく

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藝術げいじゅつ概念がいねんちゅうくろほらしたがえ附近ふきんてき恆星こうせいちゅう吸取すいと物質ぶっしつ形成けいせい吸積ばん

1968ねんPrendegast研究けんきゅうりょうそうほしけい统中しろ矮星しゅう围的吸积盘,ずいきさき莫斯大学だいがくてきすな库拉苏尼亚耶おっと建立こんりゅうりょう中子なかご星和せいわくろほらしゅう围的吸积盘模がた。吸积建立こんりゅう以来いらい主要しゅようゆう四种吸积盘模型被人们广泛研究。

ざい1940年代ねんだいしたがえ基本きほん物理ぶつり原理げんり導出どうしゅつ最早もはやてき模型もけい[6]ためりょうあずか觀測かんそく結果けっか一致いっち,這些模型もけい必須ひっす使用しよう一種未知的角動量再分配機制。如果物質ぶっしつようこう內掉落,它不僅要しつ引力いんりょくのうりょうかえようしつかくどうりょうよし於吸せきばんてき總角あげまきどうりょう守恆もりつね,落入中心ちゅうしんてき質量しつりょうしょ損失そんしつてきかくどうりょう必須ひっすよしとおはなれ中心ちゅうしんてき質量しつりょう增加ぞうかかくどうりょうらい補償ほしょう換言かんげんすみどうりょうおう該被"輸送ゆそう"物質ぶっしつ才能さいのう吸積。根據こんきょみず穩定せいばんよりどころえいMagnetorotational instability

 

此處ここら 表示ひょうじ流體りゅうたいてき角速度かくそくど元素げんそ 旋轉せんてんいたり中心ちゅうしんてき距離きょり,吸積ばんみとめためいちそうりゅう。這就封鎖ふうさりょうかくどうりょう輸送ゆそうてき流體りゅうたい動力どうりょくがくせいてき存在そんざい

一方いっぽうめん,很明あらわてき黏性應力おうりょく最終さいしゅうかいしるべ致向中心ちゅうしんてき物質ぶっしつ加熱かねつなみ輻射ふくしゃ部分ぶぶんてき引力いんりょくのう。另一方面ほうめんねばたび本身ほんみ不足ふそく解釋かいしゃくかくどうりょうこう圓盤えんばん外部がいぶてきつて輸。儘管湍流本身ほんみてき起源きげんひさし清楚せいそ湍流-粘性ねんせい增强ぞうきょうみとめため造成ぞうせいかくどうりょうさい分配ぶんぱいてきせい傳統でんとうてき -模型もけい(討論とうろん如下) 引入いち調ちょうさんすう 描述よし於盤內湍りゅうてきうずりゅう引起有效ゆうこうねばたびてき增加ぞうか[7][8]ざい1991ねんずいちょ旋轉せんてん不穩ふおん定性ていせいえいmagnetorotational instability(MRI)てきおもしん發現はつげん,S. A. BalbusJ. F. Hawley建立こんりゅうりょういちざいじゅうてき、緊湊中心ちゅうしん物體ぶったい內,高度こうど不穩ふおんじょうてきいちじゃく磁化じか圓盤えんばん,這為かくどうりょうさい分配ぶんぱい提供ていきょうりょういち直接的ちょくせつてきせい[9]

 -盘状模型もけい

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Shakura and Sunyaev(1973)[7]ひさげ议气たいちゅうてき湍流げん增加ぞうかてきねばとどこおちから引起てき,并假设次音速おんそくてき湍流、盘高あずか漩涡てき尺寸しゃくすん存在そんざいいち个上げん,盘中てきねばとどこおちからひょうじゅつ为: ,这里 これ音速おんそく 盘高, 一个介于零到一之间的自由因子。

もと流体りゅうたいせい力学りきがく平衡へいこうかたほどてき引用いんよう,结合传统てきすみ动量论并かり设吸积盘うすてき,则盘てき结构かたほど也许かい倾向于 まいりすうてき确定方法ほうほう而得いたかい决。许多观测到てき现象并不十分ふじゅうぶん决于 さんすういん此即便びん它有一个自由参数这个理论仍然很有先见性。

套用Kramers不透明ふとうめい定律ていりつ就能いた

 


 


 

这里 あずか ぶん别是中部ちゅうぶ平面へいめんてき温度おんどあずか密度みつど 吸积そくりつ,单位为 ,  中心ちゅうしんたい质量(以太阳质りょう参照さんしょう ),  盘中ぼうてんてき半径はんけい,单位为 ,并且  ,这里 代表だいひょうかく动量停止ていしこう中心ちゅうしん传送时的半径はんけい

这个打破だはりょう气压无意义的说法。れい如,如果吸积そくりつ达到りょう爱丁顿光,辐射压会变得重要じゅうようどう时吸积盘かい“吹起”(puff up)なり为一个环面あるもの其他てき类似みちうつりぬし导吸积流盘(ADAFてきさん维形じょう。另一个极端的例子是土星どせいたまき,这种环中てき气体ごく其稀うす其角きかく动量传递受控于固态形体けいたい碰撞与引力いんりょくてき相互そうご作用さよう

带磁せい旋转てき稳定せい(Magnetorotational Instability)

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BalbusあずかHawley(1991)提出ていしゅつ一种囊括了磁力场的角动量传递模型。いち个简单模がた显示りょう这种动力がくゆう一个存在着弱磁力轴的气体盘。两个しょう邻的辐射性的せいてきりゅう元素げんそしょうひょう现为两个质点よし一根无质量的弦相连,这根つるてき张力ひょう现为磁场てき强度きょうどざいKeplerian盘中,ない侧的りゅう动物质转そくしょうがい侧快とく,导致つるひしげ长,而角动量てきしょう对减小使こづかいとく其环绕速度そくど减慢。外部がいぶてきりゅう动物质则加速かそくどう时其かく动量增加ぞうか并使其环绕速度そくどかいつるてき张力はた减小,进而两处りゅう动物质离どくさら远。[10]

这种类似つるてき张力以描じゅつ出来できどう时Rayleighてい则被更改こうかい

 

许多天体てんたい物理ぶつりがくちゅうてき盘状ぶつ并不遵循这一定いってい则,并表现出这种磁力じりょく旋转てき稳定せいおもて现在天体てんたい物理ぶつりがくちゅうてき要求ようきゅう存在そんざい稳定性的せいてき)磁场认为どおり过一种类磁发电机てき原理げんりてん出来でき[11]

爱丁顿光度こうど吸积盘的分析ぶんせき模型もけい (うす盘,みちうつりぬし导吸积流盘)

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とう吸积りつてい爱丁顿光并且盘是高度こうど不透明ふとうめいてき么一个典型的薄吸积盘就出现了。就垂ちょく方向ほうこうらい,盘在几何がくじょう很薄てき(拥有一个碟状的结构),它由ひや气体组成,其辐しゃりょうゆるがせりゃく计。气体沿紧みつてきにし线陷落かんらく,类似いち个圆,并做近似きんじ自由じゆうてきおおやけ转运动。うす吸积盘一般都很亮并伴有光谱中的热电磁辐射,じょ此此がい,它们くろたい间没ゆうふとあきら显的别。辐射冷却れいきゃくざいうす吸积盘中じゅうふん有效ゆうこうてき。1974ねんてきShakuraSunyaevてき对吸积盘てき经典研究けんきゅう成果せいか现代天体てんたい物理ぶつり经常引用いんようてきうす吸积盘已经分别由Lynden-Bell, PringleあずかReesぶん研究けんきゅう,其中Pringleざい过去30ねんちゅう贡献りょう许多吸积盘理论中关键てき结果并于1981ねんうつしりょう经典てき评论。这评论多年来ねんらい一直是吸积盘的主要信息来源,时至今日きょう仍然じゅう分有ぶんゆうよう

とう吸积りつてい于爱ひのと顿极げんどう时透明度めいど较高,么一个ADAF吸积盘就形成けいせいりょう。这种吸积盘於1977ねんゆかりIchimaruざい一篇论文中预言但被遗忘了近20ねん。(しか而一些关于ADAF模型もけいてき雏形却在1982ねんてきよしRees, Phinney, BegelmanあずかBlandfordせんうつしてきゆう关离旋转てき论文中出なかいで现过)

1990Narayan以及Yi,どう时独立地りっちゆかりAbramowicz, Chen, Kato, Lasota(くびさき提出ていしゅつADAF这一名称めいしょうてき学者がくしゃ),Regev,ぶん别重しん研究けんきゅうきさき,ADAF开始おもしん大量たいりょう学者がくしゃ以详细研究けんきゅう了解りょうかい天体てんたい物理ぶつりがくちゅう关于ADAFてき许多さい重要じゅうようてき贡献于Narayan以及てき同僚どうりょう。ADAF对流(よしぶつ质捕获的热)しょ冷却れいきゃくてきこう应大于辐しゃ热所产生てきこう应。它们てき辐射么明显,ざい几何がくじょう,它们さらぞうたまがたあるもの“冕状”)而不碟状,并且非常ひじょう热(接近せっきんりょく温度おんど)。よし于低辐射りょう,ADAF碟状吸积盘要くら。ADAFかい射出しゃしゅつ低能ていのうてきてい热的しゃ线,并通常つうじょうともずい强烈きょうれつてきかんひろし顿组なり

ちょう爱丁顿光度こうど吸积盘的分析ぶんせき模型もけい (细盘,兰甜めんけん)

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这类吸积りつ远高于爱ひのと光度こうどてきくろほら吸积盘理论由Abramowicz, Jaroszynski, Paczynski, Sikora以及其他“なみ兰甜めんけん”(Polish doughnuts,该名称めいしょうよしRees提出ていしゅつてきしょう组所发展。なみ兰甜めんけんてきねばたび很低,不透明ふとうめい,辐射压力ささえ撑着吸积盘,ゆかり对流而冷却れいきゃく。它们てき辐射效率こうりつ很低てきなみ兰甜めんけんてき形状けいじょうぞういち个硕だいてき环面ざい转轴方向ほうこうゆう两条狭窄きょうさくてき漏斗ろうとじょう喷流,漏斗ろうと中有ちゅうう平行へいこうてきだかのうだか爱丁顿光度こうど辐射りゅう

细吸积盘(ゆかりKolakowska命名めいめいてき吸积りつ仅稍だか于爱ひのと顿光,其速りつだい于或とう于爱ひのと顿光ゆう碟状てき形状けいじょう及几乎全てき热光谱。它们对流こう应所冷却れいきゃく,其辐很明显。它们ゆかりAbramowicz, Lasota, Czerny及Szuszkiewicz于1988ねんしょ引入。

特性とくせい

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吸积盘理论被广泛よう恒星こうせいくだりぼし形成けいせい致密ぼしかつ动星けいかくX线双ぼしとぎ玛射线暴とう天体てんたい物理ぶつり过程てき研究けんきゅう。这些盘状ぶつ经常于临きん中心ちゅうしんたいてき地方ちほう产生喷流。这些喷流一种有效的损失角动量的方式,どう时不かい使とくぼし盘的质量损失ふとおお

自然しぜんかいちゅうさい为壮观的吸积盘发现于かつ动星けいかく(AGN)以及类星たい(quasars)。这两类星たいてき中心ちゅうしん认为超大ちょうだい质量てきくろほらとうもの质沿にし线落むこうくろほら时,强大きょうだいてき引力いんりょく场使得物えもの摩擦まさつ并被热。くろほらてき吸积盘足够热とく射出しゃしゅつX线,注意ちゅういざい事件じけん视界これがい类星たい强大きょうだいてきひかり辐射确信为是超大ちょうだい质量くろほら吸积气体てき结果。这一过程能够将物质质量以10%~40%てき比率ひりつ转为のうりょうそう较之恆星こうせいたいてきかく聚变过程ただ过能够转换物质0.7%てき质量[12]

ざい紧密てきそうほしけい统中,こしだい质量てきほしからだかいこしかいえんじしろ矮星中子なかごぼしあるものくろほら,此时较松てきともぼしえんじ为巨ぼし,其气たいたかし满它てきらくまれべん,气体はた沿着ともほしりゅうこうしゅほしかく动量ちょく接地せっちよし一颗星移至另一颗星同时由吸积盘表现出来。

环绕于きむうしTほし(T Tauri stars)ある赫比かくAe/Beほし(Herbig Ae/Be stars) てき吸积盘被しょうはらこうほしばん(protoplanetary discs),いん为它们被认为形成けいせいぎょうほしけい统的鼻祖びそ。这种じょう况下,吸积てき气体恒星こうせい形成けいせい时的分子ぶんしうん而非ともぼし

あい关条

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参考さんこう

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  1. ^ Nowak, Michael A.; Wagoner, Robert V. Diskoseismology: Probing accretion disks. I - Trapped adiabatic oscillations. Astrophysical Journal. 1991, 378: 656–664. Bibcode:1991ApJ...378..656N. doi:10.1086/170465. 
  2. ^ Wagoner, Robert V. Relativistic and Newtonian diskoseismology. New Astronomy Reviews. 2008, 51 (10–12): 828–834. Bibcode:2008NewAR..51..828W. doi:10.1016/j.newar.2008.03.012. 
  3. ^ Lynden-Bell, D. Galactic Nuclei as Collapsed Old Quasars. Nature. 1969, 280 (5207): 690–694. Bibcode:1969Natur.223..690L. S2CID 4164497. doi:10.1038/223690a0. 
  4. ^ Gurzadyan, V. G.; Ozernoy, L. M. Accretion on massive black holes in galactic nuclei. Nature. 1979, 280 (5719): 214–215. Bibcode:1979Natur.280..214G. S2CID 4306883. doi:10.1038/280214a0. 
  5. ^ Massi, Maria. Accretion (PDF). [2018-07-22]. (原始げんし内容ないようそん (PDF)于2020-12-02). 
  6. ^ Weizsäcker, C. F. Die Rotation Kosmischer Gasmassen [The rotation of cosmic gas masses]. Zeitschrift für Naturforschung A. 1948, 3 (8–11): 524–539. Bibcode:1948ZNatA...3..524W. doi:10.1515/zna-1948-8-1118  とく语). 
  7. ^ 7.0 7.1 Shakura, N. I.; Sunyaev, R. A. Black Holes in Binary Systems. Observational Appearance. Astronomy and Astrophysics. 1973, 24: 337–355. Bibcode:1973A&A....24..337S. 
  8. ^ Lynden-Bell, D.; Pringle, J. E. The evolution of viscous discs and the origin of the nebular variables. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1974, 168 (3): 603–637. Bibcode:1974MNRAS.168..603L. doi:10.1093/mnras/168.3.603 . 
  9. ^ Balbus, Steven A.; Hawley, John F. A powerful local shear instability in weakly magnetized disks. I – Linear analysis. Astrophysical Journal. 1991, 376: 214–233. Bibcode:1991ApJ...376..214B. doi:10.1086/170270. 
  10. ^ Balbus, Steven A., Enhanced Angular Momentum Transport in Accretion Disks, Annu. Rev. Astron. Astrophys., 2003, 41: 555–597 [2009-06-08], doi:10.1146/annurev.astro.41.081401.155207, (原始げんし内容ないようそん于2020-07-24) 
  11. ^ Rüdiger, Günther; Hollerbach, Rainer, The Magnetic Universe: Geophysical and Astrophysical Dynamo Theory, Wiley-VCH, 2004, ISBN 3-527-40409-0 
  12. ^ そん副本ふくほん (PDF). [2015-05-11]. (原始げんし内容ないようそん (PDF)于2020-12-02). 

外部がいぶ链接

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