新研究阐明吸积盘能量守恒机制物理本质

本文转自：科技日报
科技日报采访人员赵汉斌
采访人员7月10日从中国科学院云南天文台获悉，该台双星与变星研究团组近期对光学薄径移主导吸积盘内流和外流区域中能量守恒的维持机制进行研究，并阐明了其物理本质。国际期刊《天体物理学杂志》发表了这一研究成果。
吸积盘是天体间一种由弥散物质组成的、围绕中心体转动的气体盘，常被用于恒星形成和活动星系统的过程研究。在银河系中，光学薄径移主导吸积盘在解释中心超大质量黑洞、低亮度活动星系核以及黑洞X射线双星的低硬态等的观测数据上发挥着重要作用。

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黑洞吸积盘构想图。新华社发
“在经典模型中，这种吸积盘由于物质密度低导致辐射能力很弱，能量守恒主要靠‘径移冷却’来维持。 ”云南天文台焦承亮副研究员介绍，但径移热量输运的物理本质是，当人们观察静止参考系中某一个固定区域时，流出和流入的物质所携带的熵的净差别，因此它既可以是熵减少的冷却，也可以是熵增加的加热。同时，近年的理论和观测研究都支持径移主导吸积盘中存在着很强的外流，而内流和外流由于径向运动方向的不同，径移很可能发挥着完全不同的作用。
为深入探究同一个吸积盘中的内流和外流区域的能量守恒如何同时维持，焦承亮等人将熵的径移按照机制分解为内能的径移和压强做功两个部分，并进一步在球坐标系下对径向和垂向两个方向的分量作了研究。
【新研究阐明吸积盘能量守恒机制物理本质】研究发现，在通常情况下，压强做功占据主导地位，导致内流中径向上的径移表现为一个加热机制，而非经典模型中的冷却机制，在外流中则是一个冷却机制。内流中的能量守恒需要依靠垂向的径移将熵转移到外流中进行冷却。此项研究结果和此前一些研究者提出的研究模型吻合，并解释了这种机制的物理本质，并将其定量化。