AGN 吸积盘
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如果石头已经绕着井口转,你就没法让它笔直落进井里——它会一直转下去。想落进黑洞的气体也面临同样的问题:它几乎总是带着一些横向运动,所以不会直接俯冲进去,而是稳定成一个扁平、旋转的盘,缓慢地向内盘旋。这个旋转的、由坠落气体组成的“薄饼”就是吸积盘,也正是 AGN 真正发光的部分。
气体向内盘旋时,摩擦和湍流让相邻的环彼此摩擦,剧烈升温——内缘可达数十万度,热到能在紫外和软 X 射线波段发光。这个盘的效率高得惊人:坠落的物质能把它静止质量能量(E = mc^2)的百分之几到百分之几十转化为光,远超恒星中氢核聚变只挤出的约 0.7%。要盖过一整个星系,一个超大质量黑洞每年只需吞下约一个太阳质量的气体。这个盘很小——对一个十亿太阳质量的黑洞而言,直径只有几光日到几光周——这也是 AGN 能如此迅速闪烁的原因。
吸积盘是 AGN 的炉膛,也是其余一切的参照点:日冕悬在它正上方,宽线区在更外侧绕行,喷流(若存在)从它最内缘发射出去。它的内边界靠近“最内稳定圆轨道”,由黑洞的质量和自转决定,因此解读盘最炽热的光,就能让天文学家探测黑洞附近被扭曲的时空。真实的盘很凌乱,也尚未被完全理解——气体究竟如何卸掉角动量才能坠落,仍是活跃的研究课题——但“向内盘旋、升温、发光”这一基本图景是牢靠的。
类星体那种蓝白色的耀光,主要来自吸积盘炽热的内区。最明亮的类星体辐射达 10^40 瓦甚至更高——然而通过测量它们的光变化有多快,天文学家推断发光的盘只有几光日之宽,比从太阳到最近恒星的距离还小。
一团发光的、由坠落气体组成的漩涡——AGN 真正的光源。
盘发光并不是因为黑洞“被点亮”;黑洞本身什么也不发。那光是气体在盘旋坠落时升温所释放的引力能,与恒星质量黑洞周围吸积盘的物理机制相同,只是规模大得多。