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黑洞吸积盘科普展品介绍

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资料来源:省科学技术协会

太阳系隶属银河系,银河系约由亿颗类地行星所构成。银河内的星星分布在薄薄的圆盘状的宇宙空间中,从上方观察呈漩涡状。一般认为,其中心存在一个相当于太阳质量约万倍的巨大黑洞。

银河系内不断反复着星球的形成与衰亡。星球衰亡及超新星的爆发所释放的物质,在宇宙空间中使物质重量不断增加。科普展品生产厂家北京定致提示大家本展示通过模型以及信息装置体验银河系的形成过程以及现有的状态。

吸积盘的由来:

吸积盘是一种由弥散物质组成的、围绕中心体转动的结构,它包围黑洞或中子星的气体盘。

盘内的摩擦力使气体逐渐螺旋下落,被吸积到黑洞或星体。比较典型的中心体有年轻的恒星,源恒星,白矮星,中子星以及黑洞。重力使得盘中的物质沿螺线被吸附至中心体;角速度的不同则使得物质进行着角差转动。而引力场使得物质被压缩,同时激发出电磁辐射。被激发出的射线频率取决于中心体的形式。

若中心体为年轻的恒星或者源恒星,那么吸积盘辐射多半处于红外区,而中子星及黑洞产生的吸积盘的辐射多半处于光谱的X-射线区域。

黑洞吸积盘中的物理学:

在20世纪40年代,模型第一次导出了吸积盘基础的物理本质。为吸积盘了使得与观察现象一致,当时的模型不得不引入了一种未知的结构以保证角动量守恒。当物质落入中心时,它不仅在损失重力能同时也损失着角动量。由于总角动量是守恒的,落入中心星的物质而损失的角动量必由远离中心星的角动量的增加而得到补偿。换言之,角动量被传递到了吸积的物质上。

一方面,粘滞力会使得物质被加热从而辐射出引力能,这是毫无疑问的。另一方面,仅靠粘滞力本身又不足以解释角动量是如何传递至盘的表面的。科普展品生产厂家北京定致提示大家因湍流而增强的粘滞力曾被考虑为一种合理的解释角动量再分布的动力学理论,尽管这种湍流的起源并没有被完全理解。传统的现象学引入一个因子α以解释由于盘中湍流而引起的粘滞力增加。

在年,基于电磁力旋转的不稳定性的再研究,科学家们已经证实了环绕在一颗重且致密的中心星的弱磁性吸积盘是高度不稳定的,这提供了直接的角动量再分布的动力学。

吸积盘的分析模型:

当吸积率低于爱丁顿光度并且盘是高度不透明的,那么一个典型的薄吸积盘就出现了。就垂直方向来看,盘在几何学上是很薄的(拥有一个碟状的结构),它由冷气体组成,其辐射量可忽略不计。

气体沿紧密的螺线陷落,类似一个圆,并做近似自由的公转运动。薄吸积盘一般都很亮并伴有光谱中的热电磁辐射。

除此此外,它们和黑体之间没有太明显的区别。辐射冷却在薄吸积盘中是十分有效的。

当吸积率低于爱丁顿极限同时透明度比较高,那么一个高效气浮装置的吸积盘就形成了。这种吸积盘于年由科学家在论文中预言,但被遗忘了近20年。

黑洞吸积盘的特性:

吸积盘理论被广泛用于恒星和行星形成、致密星、活动星系核、X射线双星、伽玛射线暴等天体物理过程的研究。这些盘状物经常于临近中心体的地方产生喷流。这些喷流是一种有效的损失角动量的方式,同时不会使得星盘的质量损失太多。

自然界中最为壮观的吸积盘发现于活动星系核以及类星体。这两类星体中心被认为有大质量的黑洞。当物质沿螺线落向黑洞时,强大的引力场使得物质摩擦并被加热。

黑洞的吸积盘足够热得辐射出X射线,不过注意是在事件视界之外。类星体强大的光辐射被确信为是超大质量黑洞吸积气体的结果。

这一过程能够将物质质量以10%的比率转为能量,相较之下,星体的热核聚变过程只不过能够转换物质0.5%的质量。科普展品生产厂家北京定致提示大家在紧密的双星系统中,越大质量的星体会越快地演化为白矮星、中子星或者黑洞,此时较松散的伴星演化为巨星,其气体充满它的洛希瓣,气体将沿着伴星流向主星。角动量直接地由一颗星移至另一颗星同时由吸积盘表现出来。

环绕于金牛变星或小矮星的吸积盘被成为源行星盘,因为它们被认为是形成行星系统的鼻祖。这种情况下,被吸积的气体来自于恒星形成时的分子云而非伴星。

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