Почему аккреционные диски вокруг гигантских звезд не такие горячие, как аккреционные диски вокруг черных дыр?

Материал в аккреционном диске нагревается из-за трения внутри диска. Основной ответ на вопрос заключается в том, что чем ближе вы подходите к массивному объекту, тем больше нагревается и тем горячее становится диск. Поскольку вы можете приблизиться к черной дыре (или другому компактному объекту, например нейтронной звезде), чем к гигантской звезде, аккреционные диски вокруг компактных объектов становятся более горячими.

Способ обдумать это подробно - представить каждую частицу аккреционного диска на орбите вокруг массивного объекта в центре. Ближе к массивному объекту сила гравитации будет сильнее, поэтому частицы там будут вращаться на более быстрых орбитах, чем частицы, которые находятся дальше. Поэтому, если вы представите два соседних «кольца» частиц, центрированных на массивном объекте, кольцо, которое находится ближе к массивному объекту, будет вращаться быстрее и поэтому будет трутся о кольцо рядом с ним.

Это трение между двумя «кольцами» разогреет их из-за трения между ними. Скорость, с которой выделяется тепло в результате этого процесса, зависит от нескольких факторов, например, от того, насколько сильно трение между двумя кольцами. Если аккреционный диск сделан из очень вязкого материала, он будет нагреваться больше. В качестве глупого примера, чтобы прояснить ситуацию, воображаемый аккреционный диск, сделанный из патоки, нагрелся бы больше, чем воображаемый аккреционный диск из воды! В самом деле, источник вязкости в материале , который фактически делает составляют аккреционного диска, как полагают, из - за смешения турбулентных магнитных полей (так что это не совсем "вязкость", технически говоря, хотя она работает аналогичным образом).

Однако для наших целей нам не нужно беспокоиться о вязкости - эффект, который нас действительно волнует, - это относительная скорость трения двух колец друг о друга. Как вы можете себе представить, если кольца будут вращаться быстрее относительно друг друга, они будут больше "тереться" друг о друга и генерировать больше тепла.

Теперь оказывается, что чем ближе вы подходите к массивному объекту, тем больше относительная скорость между двумя соседними кольцами частиц, вращающихся вокруг объекта. (Чтобы увидеть это, вам может понадобиться немного математики. Сила гравитации от массивного объекта пропорциональна 1/R² , где R - это расстояние до объекта. Если вы поиграете с некоторыми числами, вы можете увидеть, что если R мал, изменение R немного даст вам большую разницу в силе тяжести. Это означает, что если вы находитесь очень близко к массивному объекту, гравитационная сила на двух соседних кольцах будет очень разной, поэтому внутреннее кольцо будет вытягиваться по гораздо более быстрой орбите, чем внешнее кольцо, и относительная скорость между кольцами будет больше, чем относительная скорость между двумя соседними кольцами дальше.)

Так что же все это имеет отношение к разнице между гигантскими звездами и компактными объектами?

Просто с гигантской звездой аккреционный диск не может быть очень близко к центру масс! Если вы попытаетесь подойти слишком близко, вы внезапно столкнетесь с поверхностью звезды и войдете в нее. Но если вы представляете компактный объект той же массы, что и гигантская звезда, то по определению он намного меньше, поэтому вы можете иметь аккреционный диск, простирающийся гораздо ближе к центру объекта. Во внутренней части этого аккреционного диска «кольца» материала будут очень сильно трутся друг о друга, поэтому эта часть аккреционного диска будет очень горячей.