降着円盤は、ブラックホールを研究する上で非常に重要なツールです。 これまで私たちが学んできたブラックホールに関することは、ほとんどすべて降着円盤のおかげで知ることができたのです。 なぜでしょうか？ 天文学を根底から変えたのは、それまで光学望遠鏡で見えていたもの以上に、宇宙には見るべきものがあるということに人々が気づいたときです。 可視光線は電磁波のごく一部であり、電波、マイクロ波、赤外線、光学、紫外線、X線、ガンマ線など、さまざまな波長で宇宙を情報が行き交っていることを発見したのです。 それ以来、私たちが宇宙について知っていることは、すべて電磁波から学んだことなのです。 しかし、ブラックホールは放射線を出さないので、その周りに降着円盤がなければ研究することは不可能です。

降着と降着円盤

降着とは、重力によって物質を引き寄せたり集めたりして、巨大な天体が成長する過程のことで、降着円盤はその中心的な役割を果たします。 一般に、これは、中心的な降着天体の周囲を軌道運動する拡散物質やガスの円盤状の構造によって起こる。 降着円盤は宇宙のいたるところに存在し、小さな星や星の残骸、連星、渦巻き銀河の中心、クエーサー、ガンマ線バーストなどでも見られる。 球状であったり、平面状であったりする。 また、持続的であったり、一時的であったりします。 通常の降着のシナリオは、物質がある天体から別の天体に流れることである。 このとき、2つの天体の軌道面による好ましい方向が存在する。 流れもその平面を保っているが、2つの天体の軌道運動による角運動量を持っているため、一方の天体から他方の天体へまっすぐには伸びない。 このようにして、ブラックホールや星などの重力天体の周りを高密度に回転する降着円盤が形成され、物質が積み重なっていくのです。 隣接する層同士の摩擦により、円盤内のガスの位置エネルギーがゆっくりと熱に変換され、加熱される。 また、ガスは角運動量を失うので、中心天体に近づき、より速く周回することができる。 高速で運動すると摩擦が大きくなり、ガスが非常に高温になるため、エネルギーを放射するようになります。 円盤がどの程度の温度になるかは、中心天体の質量に依存し、質量が大きいほど円盤の温度は低くなります。 恒星質量のブラックホール周辺の円盤は数百万ケルビンの温度でX線で放射し、超巨大ブラックホールの円盤は数千ケルビンの温度で光や紫外線で放射しています。

降着円盤を想像する方法

古い良い蓄音機のレコードのように降着円盤を想像できます。 意外にもそれは降着円盤の特徴をたくさん持っています。 レコードをかけ始めるとき、私たちは針を円盤の外縁に置きます。 これは、物質が降着円盤の外周に入り込む位置でもある。 このとき、針は、レコード盤が下を走り、音楽が再生されると、非常にきつい螺旋状の溝をたどります。 針はレコード盤の周りを何度も回りながら、レコード盤の中心に向かって非常にゆっくりと流れていくのがわかると思います。 降着円盤も同じです。 円盤の中に入ってきた物質粒子は、角運動量を落とさなければならない。 1770>

蓄音機のレコードは45分間再生できるが、物質が外から内縁に漂うには（円盤の大きさにもよるが）数週間から数年かかる。 レコードの再生が終わり、針がトラックの端に到達すると、螺旋状の溝が素早く巻き戻され、トナメが停止する位置に配置されます。 ブラックホール降着円盤でも、これと同じようなことが起こる。 なぜなら、この効果は相対論的なもので、ブラックホールや中性子星のようなコンパクトな天体の周りに十分に強い重力場がある場合にのみ現れるからである。 ある半径で、すでに中心ブラックホールにかなり近いところで、物質粒子はもはや円形のケプラー軌道に沿って周回することができなくなるのである。 そのような軌道は一般相対性理論の効果で安定しなくなり、その瞬間から粒子は自由落下のオープンスパイラルに乗り、光速に近い速度で数周以内に事象の地平線まで降りてきて、そこで長い道のりを終えることになる。

安定したケプラー軌道が存在しない円盤の特殊な特徴の存在は、非常に重要であることが判明したのです。 この特別な場所の外側では物質は円盤のどこでも平和に周回できるが、内側ではできないので、円盤はそれ自体に「穴」を持っていることが判明したことになる。 この穴の大きさは、中心のブラックホールの性質（質量と回転）にのみ依存する。 したがって、穴の大きさを測ることができれば、ブラックホールそのものの性質を推測することができるのです。 なんともワクワクしますね。 そして実際に、天文学者たちは、まさにそれを実現するためのアイデアを次々と発表しているのです

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