응축 원반은 블랙홀 연구에 중요한 도구입니다. 우리는 응축 원반 덕분에 블랙홀에 대해 많은 것을 알아냈습니다. 사람들이 광학 망원경으로 볼 수 있는 것보다 더 많은 것을 볼 수 있다는 것을 깨달았을 때, 천문학의 많은 것이 바뀌었습니다. 천문학자들은 가시 광선이 전체 전자기 스펙트럼의 작은 부분에 불과하며, 마이크로파, 적외선, 광학, 자외선, X선, 감마선 등 많은 파장이 우주를 통과한다는 것을 발견했습니다. 그 이후로 우리는 이러한 파장으로부터 우주에 대해 많은 것을 배웠습니다. 그러나 블랙홀은 방사선을 생성하지 않아 주변에 응축 원반이 없으면 연구가 불가능합니다.
응축 및 응축 원반
응축은 추가 물질을 중력으로 끌어 당겨 거대한 물체가 성장하는 과정입니다. 일반적으로 이것은 중심 응축 물체 주위에서 궤도 운동하는 확산 물질 또는 가스의 디스크와 같은 구조를 통해 발생합니다. 응축 원반은 작은 별이나 별의 잔해, 가까운 쌍성, 나선은하의 중심, 퀘이사, 감마선 폭발 등 우주의 어디에서나 볼 수 있는 특징입니다.
응축 원반은 여러 형태를 가질 수 있습니다. 구형 또는 평면일 수 있고, 지속적이거나 일시적일 수도 있습니다. 응축에 대한 일반적인 시나리오는 물질이 한 천체에서 다른 천체로 흐르는 것입니다. 그러면 두 물체의 궤도면에 의해 주어진 선호되는 방향이 존재합니다. 이러한 흐름은 또한 그 평면을 유지하지만 두 물체의 궤도 운동에서 약간의 각운동량을 갖기 때문에 한 물체에서 다른 물체로 직선으로 확장되지 않습니다. 코리올리의 힘에 의해 약간 옆으로 밀려 목표물 주위에 원반을 형성합니다.
이런 식으로 물질은 블랙홀, 별 또는 기타 중력 물체를 도는 고밀도 회전 응축 원반에 쌓입니다. 인접한 층 사이의 마찰로 인해 응축 원반의 가스가 가열되어 위치 에너지가 천천히 열로 소산됩니다. 가스는 또한 각운동량을 잃어 중심 물체에 더 가까워지고 더 빠르게 궤도를 돌 수 있습니다. 더 빠른 움직임은 더 많은 마찰을 초래하고 가스가 매우 뜨거워지면 에너지를 방출합니다. 응축 원반이 도달할 수 있는 온도는 중심 물체의 질량에 따라 달라지며, 질량은 응축 원반이 더 낮은 온도에 도달할 수 있게 합니다. 항성질량 블랙홀 주변의 원반은 약 수백만 켈빈의 온도를 가지며 X선을 방출하고, 초대질량 블랙홀 주변의 원반은 약 수천 켈빈의 온도를 가지며 광학 또는 자외선을 방출합니다.
응축 원반을 상상하는 방법
레코드판은 블랙홀 응축 원반에 대한 좋은 비유 중 하나입니다. 우리는 오래된 축음기 레코드판과 같은 응축 원반을 상상할 수 있습니다. 놀랍게도 그것은 응축 원반의 많은 기능을 가지고 있습니다. 레코드 재생을 시작할 때 레코드판의 바깥쪽 가장자리에 바늘을 놓습니다. 바늘은 비닐 판이 아래로 흐르고 음악이 재생될 때 매우 촘촘한 나선형 홈을 따릅니다. 바늘이 판 주위를 여러 번 돌면서 판의 중심을 향해 매우 천천히 드리프트하는 것을 볼 수 있습니다. 응축 원반과 레코드판의 원리는 동일합니다. 원반에 들어간 물질 입자는 각운동량을 느슨하게 해야 합니다. 주위의 다른 입자와 교환함으로써, 그것은 태양 주위의 행성처럼 케플러 궤도를 따라 여러 번 계속 돌고 있습니다.
축음기 레코드판은 45분 동안 재생할 수 있으며, 응축 원반은 외부에서 내부 가장자리로 이동하는 데 원반의 크기에 따라 몇 주 또는 몇 년이 걸립니다. 축음기 레코드판은 녹음이 끝나고 바늘이 트랙 끝에 도달하면 나선형 그루브가 빠르게 풀리면서 톤암이 멈출 위치에 놓입니다. 블랙홀 응축 원반에서도 비슷한 일이 일어납니다. 물질 입자는 중앙 블랙홀에 아주 가까운 특정 반경에서 더 이상 원형 케플러 궤적을 따라 공전할 수 없습니다. 안정적인 케플러 궤적이 존재하지 않는 응축 원반에 그 특별한 기능의 존재는 매우 중요한 것으로 밝혀졌습니다. 물질은 이 특별한 장소 외부의 모든 곳에서 원반 안에서 평화롭게 공전할 수 있지만 내부는 그렇지 않기 때문에 원반 자체에 '구멍'이 있음이 판명되었음을 의미합니다. 이 구멍의 크기는 중심 블랙홀의 속성(질량 및 회전)에만 의존합니다. 따라서 구멍의 크기를 측정할 수 있다면 블랙홀 자체의 특성을 유추할 수 있습니다. 얼마나 흥미진진한가요? 실제로 천문학자들은 정확히 그것을 유추하는 방법에 대한 몇 가지 아이디어를 내놓았습니다.
