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吸積是天體通過引力「吸引」和「積累」周圍物質的過程。吸積過程廣泛存在於恆星形成、星周盤、行星形成、雙星系統、活動星系核、伽瑪射線暴等過程中。吸積在天體物理學中是比核聚變等其他能源更高效的產能方式。例如發生在黑洞或中子星周圍的吸積過程能夠將被吸積物質靜質量能的10%以上轉化為輻射的能量。由於被吸積的物質往往具有角動量,因此會形成吸積盤。
[編輯] 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克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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