致密天体:白矮星、中子星与黑洞

吸积盘

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当气体落向一个致密天体——白矮星、中子星或黑洞——时,它几乎从不径直落入。就像水朝排水口打着旋涌去,气体带有一些侧向运动,于是它一边盘旋内落、一边摊平成一个旋转的盘。这就是吸积盘:一团围绕致密天体公转的炽热气体漩涡,一圈一圈缓缓内流。它是天体物理中最重要的结构之一,因为正是在这里,下落的物质交出它的能量并被点亮。

玄机在于热。盘里的气体通过摩擦和湍流相互摩擦,会剧烈升温——黑洞周围盘的内缘可达数百万度,在X射线波段炽烈发光。令人惊叹的是,吸积是已知最高效的能量来源之一:把物质丢向中子星或黑洞,能把它质能的约百分之十到四十转化为辐射,远超核聚变所能提取的约百分之零点七。一个吞食气体的黑洞,论每克的本事,是比任何恒星都更明亮的引擎。

吸积盘在各种尺度上都会出现。在新生恒星周围,它们孕育行星;在白矮星周围,它们为新星提供燃料;在恒星级黑洞周围,它们使一个X射线双星发光;在一个星系心脏处的超大质量黑洞周围,它们驱动一个亮得能盖过十亿颗恒星的类星体。同样的物理——气体盘旋内落、摩擦使之升温、能量辐射而出——支配着它们全部。一个微妙之处:气体并非因为引力单纯地「吸」才落入;它必须先甩掉角动量,而这正是盘中的摩擦缓缓所做的事。

天鹅座X-1双星中的黑洞无法被看见,但它从巨星伴星身上撕扯下来的吸积盘在X射线波段炽烈发光。正是这道X射线辉光——来自盘旋内落时被加热到数百万度的气体——让我们得知那里竟有一个看不见的黑洞。

我们看见的是盘,而非黑洞——它的X射线辉光出卖了那看不见的存在。

气体之所以不径直落入,是因为它带着角动量;盘的存在恰恰是为了让摩擦把那份旋转排掉。没有这一步,物质就只会永远绕转,绝不会被吸积进去。

又称
accretion disc吸积盘吸积圆盘