Yığılmanın enerji verimi

Bu infografik ne anlatıyor?

Bu infografik, yığılma disklerinin maddeyi enerjiye ne kadar verimli dönüştürdüğünü nükleer füzyonla karşılaştırıyor ve konunun kuramsal temellerini iki tarihle gösteriyor.

Verim satırları arasındaki fark çarpıcı:

• Yığılma diski, alt sınır: yaklaşık %10.
• Yığılma diski, üst sınır: %40'ın üzeri.
• Nükleer füzyon: yaklaşık %0,7.

Alt sınır bile füzyonun yaklaşık 14 katı; %40'lık üst sınır ise füzyonun 57 katını aşıyor. Yıldızları parlatan füzyon tepkimeleri, bir kara deliğin ya da yoğun bir cismin çevresinde dönen gazın içe düşerken saldığı enerjinin yanında oldukça mütevazı kalıyor. Bu yüzden evrendeki en parlak kaynakların bir kısmı yığılma disklerinden besleniyor.

Alttaki iki satır, bu süreci açıklayan modellerin tarihini veriyor. Diskleri tanımlayan alfa-disk modeli 1973'te ortaya kondu. Diskteki gazın nasıl açısal momentum yitirip içe doğru aktığını açıklayan manyetik dönme kararsızlığı ise 1991'de, yani 18 yıl sonra devreye girdi.

Veriler NASA'ya ve Shakura–Sunyaev modeline dayanıyor. Ayrıntılar için yığılma diski maddemizi okuyabilirsiniz.

Bu verim nereden geliyor?

Bir gaz bulutu merkezdeki cisme dosdoğru düşemez; taşıdığı dönme hareketi, yani açısal momentum, onu yörüngede tutar. Gazın içe ilerleyebilmesi için bu momentumu dışarıya devretmesi gerekir. Diskin iç kısımları dış kısımlarından hızlı döndüğü için komşu katmanlar birbirini sürükler; bu sürtünme gazı ısıtır, ısı ışıma olarak uzaya kaçar ve gaz bir alt yörüngeye iner. Diskin parlaklığı, adım adım içe sarmallanan maddenin bu yolculukta saldığı enerjiden gelir.

Uzun süre çözülemeyen sorun, gazın sıradan sürtünmesinin (viskozitenin) bu taşımayı açıklamaya yetmemesiydi. Shakura ve Sunyaev'in modeli türbülansın etkin viskoziteyi büyüttüğünü öne sürdü, ama türbülansın kaynağını açıkta bıraktı. Balbus ve Hawley'nin çalışması bu boşluğu doldurdu: Zayıf bir manyetik alanla örülü diskte komşu gaz parçaları, aralarına gerilmiş bir yay gibi davranan alan çizgileriyle bağlıdır. İçteki hızlı parça yayı gererek yavaşlar ve içe kayar, dıştaki hızlanıp dışa açılır; süreç kendini besleyerek büyür.

Sık sorulanlar

Disk hangi ışıkta parlar?

Bunu merkezdeki cismin kütlesi belirler. Genç yıldızların çevresindeki diskler kızılötesinde, nötron yıldızları ile kara deliklerin çevresindekiler X-ışınlarında parlar.

Kuasarların parlaklığı bu verimle mi açıklanıyor?

Yaygın görüş bu yönde: Kuasarların olağanüstü parlaklığının, süper kütleli kara deliklere yığılan gazdan kaynaklandığı düşünülür.

Her kara deliğin yığılma diski var mı?

Hayır. NASA'nın belirttiği gibi, çevresindeki maddeyi tüketmiş yalnız bir kara deliğin yığılma diski yoktur.