甜甜圈（圖片來源：點(diǎn)擊查看）

環(huán)繞在橢圓星系NGC 4261 中央的超大質(zhì)量黑洞周圍的吸積盤（圖片來源：維基百科）

在日常生活中，甜甜圈和DVD光碟時(shí)常可見。而在宇宙中，長(zhǎng)相類似的結(jié)構(gòu)被稱為吸積盤。與中央空心的甜甜圈，光碟不同，吸積盤的中央往往有質(zhì)量頗大的天體：可以是星星，也可以是黑洞。

吸積盤氣體向內(nèi)旋轉(zhuǎn)示意

吸積盤的研究可以追溯到上世紀(jì)40年代，在那時(shí)人們還嘗試使用基本的物理原則來構(gòu)筑理論。但隨著工作的推進(jìn)以及和觀測(cè)的比對(duì)，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一些問題。其中一個(gè)問題是：吸積盤的氣體是環(huán)繞著中央天體向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的，勢(shì)必會(huì)在失去引力勢(shì)能的時(shí)候，也失去角動(dòng)量。而為了保證吸積盤的角動(dòng)量守恒，需要一個(gè)機(jī)制來向外散去多余的角動(dòng)量。在當(dāng)時(shí)，這個(gè)機(jī)制尚不明朗。

直到1973年，俄羅斯天文學(xué)家 Rashid Sunyaev 和 Nikolai shakura 提出，氣體中存在的湍流可能是由氣體黏性增強(qiáng)造成的。這種現(xiàn)象的發(fā)生加熱了吸積盤里向內(nèi)旋進(jìn)的氣體，并通過向外輻射能量的方式釋放一部分的引力勢(shì)能。當(dāng)然，這個(gè)富有前瞻性模型并沒能解釋所有吸積盤的機(jī)制。

時(shí)間過去18年，又有Balbus 和 Hawley 提出了囊括了磁場(chǎng)在內(nèi)的模型。直到今天，人們?nèi)栽谠诔掷m(xù)摸索吸積盤的形成機(jī)制。

Rashid Sunyaev（圖片來源：維基百科）

研究吸積盤之所以重要，是因?yàn)榘ɑ顒?dòng)星系核、原始行星盤以及伽馬射線暴等天體或天文事件的研究中都能看到它的身影。這些吸積盤的中央天體往往會(huì)對(duì)外發(fā)射高能量的噴流。噴流的方向，往往與吸積盤是垂直的。

對(duì)于一個(gè)“星—盤系統(tǒng)”來說，發(fā)射噴流既能釋放掉一些角動(dòng)量，也能盡可能的保留系統(tǒng)質(zhì)量。吸積盤有時(shí)候能把天體10%至40%的質(zhì)量轉(zhuǎn)化成能量。相比于核聚變0.7%的能量轉(zhuǎn)化率，這個(gè)轉(zhuǎn)化率著實(shí)高得嚇人。

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吸積盤是多種多樣的存在。其中最瑰麗的，可說是那些環(huán)繞著活動(dòng)星系核和類星體的吸積盤了。通俗的說，活動(dòng)星系核和類星體被認(rèn)為是位于星系中央的大質(zhì)量黑洞。

當(dāng)物質(zhì)進(jìn)入吸積盤的時(shí)候，它們會(huì)沿著一條向內(nèi)螺旋的路徑（tendex line，來自于拉丁語里的“拉扯”）進(jìn)入。這是由于當(dāng)粒子們身處湍流之中時(shí)，它們會(huì)因?yàn)橄嗷ヅ霾粒Σ辽鸁?，從而向外輻射能量。這樣的行為會(huì)同時(shí)減小粒子的角動(dòng)量，從而使這些粒子向內(nèi)漂移，形成向內(nèi)的漩渦。

角動(dòng)量的耗損體現(xiàn)在速度的減小上：當(dāng)粒子的速度變慢，它會(huì)“不由自主”地選擇更低的軌道。當(dāng)這個(gè)粒子去到低軌道時(shí)，它本身帶有的一部分引力勢(shì)能會(huì)被轉(zhuǎn)化，反而讓它加速。事實(shí)上，加速后的粒子，盡管失去了一部分的角動(dòng)量，速度卻比從前更快了。

就這樣，粒子一次又一次的進(jìn)入更低的軌道，一次又一次的加速，也一次又一次地向外輻射能量。如果中央天體是黑洞的話，在視界之外，吸積盤甚至能輻射X射線。類星體的超高亮度，就被認(rèn)為是氣體被超大質(zhì)量黑洞吸積的結(jié)果 。

另一種美麗的吸積盤來自于雙星系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)里，比較重的一方會(huì)更快地演化并且變成一顆白矮星，一顆中子星，甚至是一個(gè)黑洞。而比較輕的一方，會(huì)到達(dá)巨星的狀態(tài)。當(dāng)它超過自身極限時(shí)，其本體的氣體會(huì)被輸送到較重的那個(gè)天體。

為了保持角動(dòng)量的平衡，這個(gè)氣體輸送的過程會(huì)造就一個(gè)吸積盤，而不是將氣體直直地從一顆星星送到另一顆星星上。