Аккреционный диск появляется, когда на космический объект (звезду или чёрную дыру) падает газ (вещество). Газ не сразу попадает к центру— он начинает обращаться вокруг центра, закручивается и образует диск.
Как именно газ превращается в диск?
Когда газ попадает в область действия гравитации звезды или черной дыры, он обычно движется по орбите. Если его траектория проходит достаточно близко к небесному телу, он начинает циркулировать и формирует структуру с различиями в скорости вращения: ближе к центру орбитальные скорости больше. Так образуется система »кольцо за кольцом» (аккреционный диск).
Как кольца обмениваются угловым моментом? (физическая величина, характеризующая количество вращательного движения). Чтобы вещество могло перейти с больших радиусов на меньшие, ему нужно либо:
- потерять угловой момент
- либо соседние области должны забрать этот угловой момент.
Самый известный механизм для части аккреционных дисков — магниторотационная неустойчивость: магнитные поля связывают движущиеся слои, и в итоге возникает турбулентность, которая переносит угловой момент.
Почему диск светит?
Когда газ медленно перемещается к объекту, гравитационная потенциальная энергия уменьшается. Эта энергия выделяется в диске в основном как тепло, вспышки. Поэтому диск часто описывают как набор концентрических колец, каждое со своей температурой.
Если космический объект это нейтронная звезда/чёрная дыра, часть энергии высвобождается настолько эффективно, что диск временно становится одним из самых ярких источников излучения в Галактике.
Что происходит с массой и энергией?
В классической картине масса уходит внутрь аккреционного диска, но вместе с тем диски часто производят:
- ветры (часть газа раздувается и уносится),
- релятивистские струи (джеты) — особенно в системах вокруг черных дыр
Точная доля массы, уходящей в выбросы, зависит от того, как устроены магнитные поля и от режима аккреции (от спокойного к »вспышечному»).
Неустойчивости: от стабильного диска до вспышек
Аккреционные диски не всегда одинаково светят. Часто бывает, что режим аккреции скачет из-за неустойчивостей в самом диске. Пример — когда изменения температуры/ионизации приводят к тому, что диск то ускоряет перенос вещества внутрь, то тормозит.
Отсюда и наблюдаемые эффекты:
- переменность блеска,
- циклы активности у аккретационных систем,
- резкие всплески рентгеновской яркости.
В двойных звёздах: почему диск особенно важен
В двойных системах газ обычно появляется не из ниоткуда, а перетекает от одного объекта к другому. При этом газ почти всегда приходит с угловым моментом, поэтому вокруг объекта почти неизбежно возникает диск.
У обычной звезды диск может доходить почти до поверхности или до области перехода к атмосфере. У белого карлика или нейтронной звезды могут появляться “магнитные” области и горячие пятна. У чёрной дыры внутренний край диска часто находится на границе максимального влияния черной дыры (места в пространстве, где все вещество почти мгновенно затягивается в черную дыру). От мгновенного поглощения черной дырой аккреционный диск защищает вращательный момент.