為什麼巨星周圍的吸積盤沒有黑洞周圍的吸積盤那麼熱?

2020-12-03 天文在線

吸積盤內部的物質應為盤內部的摩擦而變熱。對於你的問題,最基本的答案就是你離一個大塊物體越近,產生的熱量越多,吸積盤變得越熱。因為你可以到達離黑洞(或者其他緻密天體,比如中子星)比離巨星更近的位置,緻密天體周圍的吸積盤更熱。

仔細考慮這個問題的方法是想像一下吸積盤中的粒子都在環繞著中心大質量天體的軌道上。離大質量天體越近,引力越強,因此那裡的粒子會被拉著在比遠處的粒子更快的軌道上運動。因此,如果你可以想像兩個以大質量天體為中心的相鄰粒子環,更接近大質量天體的環會轉得更快,並且與它相鄰的環摩擦。

兩個環之間的這種摩擦會使它們因為彼此之間的摩擦而變熱。這個過程中發熱的速度取決於多個因素-例如兩個環之間的摩擦力的大小。如果構成吸積盤的物質粘性很大,那麼它會產生更多的熱量。舉一個簡單的例子來把這個問題解釋清楚,想像一個由糖漿構成的吸積盤會比水構成的吸積盤產生更多的熱。事實上,構成吸積盤的物質中粘性的來源被認為是混亂的磁場混合的結果(因此,專業上講它並不是粘性,雖然它原理類似)。

然而,對我們而言我們不需要擔心粘性,我們真正關心的因素是兩個環相互摩擦的相對速度。正如你所想像的那樣,如果環之間相對運動的速度越快,它們會更多地相互摩擦,產生更多的熱量。

現在,已證明你離一個大質量天體越近,圍繞天體運動的兩個粒子環間的相對速度越大。(為了弄懂這個,你可能需要用一點數學知識,大質量天體引起的引力與1/R^2成比例,其中R是我們距離天體的距離。如果你用一些數字進行嘗試的話,你會發現如果R很小,R改變一點就會引起引力的很大變化。那意味著如果你離大質量天體很近的話,兩個相鄰的環之間的引力將會有很大的不同,因此與外部的環相比,內部的環將會被拉著在一個更快的軌道上運動,兩個環之間的相對速度也會比遠處的兩個相鄰環之間的相對速度更大。)

那麼這些與巨星和緻密天體之間的不同有什麼關係?簡單地說,對於一個巨星而言,吸積盤不能離質量中心特別近。如果你想到更近的地方,你會突然發現你撞到了星球的表面,並且進入了其中。但是如果你想像一個和巨星相同質量的緻密天體,根據定義它要小得多,因此你可以得到一個擴展的離天體中心更近的吸積盤。在這個吸積盤的內部,物質環之間摩擦很劇烈,因此這部分吸積盤變得很熱。

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圖:大麥哲倫雲面前的黑洞(中心)的模擬視圖。請注意引力透鏡效應,從而產生兩個放大,以星雲最高處扭曲的視野。銀河系星盤出現在頂部,扭曲成一個弧形。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. Dave Rothstein

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