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指星際物質互相吸引、積成一團的現象 |
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吸積
accretion
緻密天體由引力俘獲周圍物質的過程稱為吸積。如果被吸積的物質相對於中心天體沒有足夠的角動量,物質將沿徑嚮流嚮中心天體,形成球對稱吸積。但是,一般來說,被吸積物質具有較大的角動量,它們不會沿徑嚮直接落到中心天體上,而是圍繞中心天體旋轉,形成一個作較差旋轉的盤狀物,稱為吸積盤。盤的內邊緣處的物質沿着蠃旋軌道落嚮中心天體。吸積過程中要釋放大量能量。這一過程常伴有拋射現象,如噴流。緻密天體有着很強的引力場,吸積非常重要。緻密天體的吸積是最有效的釋放能量的方式,其效率甚至比核反應還高。吸積理論在天體物理中有着廣泛的應用。x射綫密近雙星、激變變星、活動星係核的許多觀測現象都需要用吸積盤模型來解釋。 |
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吸積
accretion
緻密天體由引力俘獲周圍物質的過程稱為吸積。吸積過程廣泛存在於恆星形成、星周盤、行星形成、雙星係統、活動星係核、伽瑪射綫暴等過程中。如果被吸積的物質相對於中心天體沒有足夠的角動量,物質將沿徑嚮流嚮中心天體,形成球對稱吸積。但是,一般來說,被吸積物質具有較大的角動量,它們不會沿徑嚮直接落到中心天體上,而是圍繞中心天體旋轉,形成一個作較差旋轉的盤狀物,稱為吸積盤。盤的內邊緣處的物質沿着蠃旋軌道落嚮中心天體。吸積過程中要釋放大量能量。這一過程常伴有拋射現象,如噴流。緻密天體有着很強的引力場,吸積非常重要。緻密天體的吸積是最有效的釋放能量的方式,其效率甚至比核反應還高。吸積理論在天體物理中有着廣泛的應用。X射綫密近雙星、激變變星、活動星係核的許多觀測現象都需要用吸積盤模型來解釋。
宇宙中有兩類吸積是重要的。第一類是小顆粒互相碰撞並粘在一起以形成較大物體的過程。碰撞必須“恰到好處”才能發生這種情形——如果碰撞過於猛烈,就會擊碎物體(撕裂)而不是讓它們粘在一起。當太陽從空間一個氣體塵埃雲中誕生,並在自身引力作用下坍縮時,年輕太陽周圍形成了一個嚮赤道平面沉降的物質盤。這很像我們今天看到的土星環在更大規模上的翻版。太陽係中的行星和其他天體,就是在這個開始時有大小不超過1毫米的細小顆粒構成的旋轉物質盤中,通過吸積而形成的。
第二類吸積是大質量天體通過其引力場的吸積從周圍獲取物質的過程。像我們太陽這樣的普通恆星就在不斷地從星際空間吸積物質,不過規模很小。擁有較強引力場的天體,如中子星和黑洞,其吸積要強烈得多。於是,嚮天體跌落的物質(多半來自雙星係統中的鄰近伴星)形成一個吸積盤。因為物質在引力場中降落時獲得能量,盤中的原子又互相碰撞,所以原子的溫度可以變得很高,以致能輻射X射綫。以極大規模在一些包含數百萬倍太陽質量的黑洞的星係的中心發生的這類過程,有可能提供類星體的能源。
吸積分為:球對稱吸積, 軸對稱吸積
球對稱吸積
球對稱吸積是一種最簡單的吸積過程。假設在密度為ρ、溫度為T的均勻、靜止介質中,存在一個靜止的、質量為M的中心天體,介質粒子的質量為m,動能為kBT,以中心天體為中心定義吸積半徑Ra:
其中cs為等溫聲速。位於吸積半徑處的粒子動能與引力勢能之和為零,吸積半徑以內的粒子熱運動不足以剋服引力作用而被中心天體吸積,位於吸積半徑以外的粒子不會被吸積。在介質的擴散作用影響下,中心天體的吸積率約為,吸積物質的總角動量為零。
點質量的物體在密度均勻、溫度不太高的介質中運動的吸積過程稱為邦迪-霍伊爾-利特爾頓吸積(Bondi-Hoyle-Lyttleton Accretion),或者邦迪吸積。如果中心天體相對於介質以速度V運動,粒子的動能近似為,此時的吸積半徑稱為邦迪吸積半徑:
天體的運動速度一般遠高於介質的聲速,擴散作用可以忽略,吸積率約為,如果吸積物質沒有嚴格的柱對稱性,則總角動量不為零,可以形成吸積盤。
軸對稱吸積如果吸積物質帶有足夠高的角動量,則有可能形成吸積盤。吸積物質流的角動量損失一般很慢,而能量不斷耗散,最終位於角動量一定的情況下能量最小的軌道,即圓軌道上,並且幾乎以開普勒速度繞中心天體旋轉。該軌道的半徑稱為圓化半徑:
其中l是單位質量的吸積物質具有的角動量。吸積盤形成的必要條件是天體的半徑遠遠小於圓化半徑,否則吸積物質流會直接落入天體表面,不能形成吸積盤。 |
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xiji
吸積
accretion
天體以自身的引力把周圍空間中的氣體、塵埃等物質不斷吸引並積聚起來的過程。在雙星體係中,主星在演化過程的某些階段會嚮外發射物質流,這就使伴星周圍的物質密度比星際平均密度高得多,因此吸積現象也更明顯。吸積過程中會釋放能量。中子星或者黑洞等天體表面引力場很強,吸積物質最後的動能極大,這部分能量可以轉化為波長極短的電磁輻射,因此,一些高能現象(如 X射綫、γ射綫發射)都可能與吸積現象密切相關。
(張傢鋁)
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- n.: accretion
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