Yığılma diski

Yığılma diski (İngilizce accretion disk), büyük kütleli bir merkezî cismin çevresinde yörüngede dolanan dağınık gaz ve tozun oluşturduğu yassı yapıdır. Merkezdeki cisim çoğu zaman bir yıldızdır; ama evrendeki en parlak yığılma diskleri gökadaların merkezindeki süper kütleli kara deliklerin çevresinde bulunur. Diskteki madde dolanırken yavaş yavaş enerji ve açısal momentum yitirir, içe doğru sarmallanır ve sonunda merkezdeki cisme düşer. Bu yolculukta sıkışan ve birbirine sürtünen gaz çok ısınır; diskin parlaklığı buradan gelir.

Nasıl işler?

Bir gaz bulutu merkeze dosdoğru düşemez, çünkü taşıdığı dönme hareketi, yani açısal momentum, onu yörüngede tutar. Maddenin içeri akabilmesi için açısal momentumun dışarı taşınması gerekir. Diskin iç bölgeleri dış bölgelerinden daha hızlı döndüğü için komşu gaz katmanları birbirini sürükler. Bu türbülanslı sürtünme ısı üretir, ısı ışıma olarak uzaya kaçar ve gaz bir alt yörüngeye iner. Alt yörüngedeki gaz daha hızlı hareket eder, ama toplamda enerji ve açısal momentum kaybetmiştir. İzlediği yol içe doğru kıvrılan bir sarmaldır.

Gazın sıradan sürtünmesi (viskozite) bu taşımayı açıklamaya yetmiyordu. Shakura ve Sunyaev 1973'te gazdaki türbülansın etkin viskoziteyi büyüttüğünü öne süren, bugün alfa-disk diye anılan modeli yayımladı. Türbülansın kaynağı ise 1991'de S. A. Balbus ve J. F. Hawley'nin manyetik dönme kararsızlığı (MRI) üzerine çalışmasıyla aydınlandı. Zayıf bir manyetik alanla örülü diskte farklı hızlarda dönen iki komşu gaz parçası, aralarına gerilmiş bir yay gibi davranan alan çizgileriyle birbirine bağlıdır. Hızlı dönen içteki parça yayı gerer, yavaşlar ve içe kayar; dıştaki parça hızlanıp dışa açılır. Süreç kendini besleyerek büyür ve açısal momentum dışarı taşınmış olur.

Ne kadar enerji üretir, hangi ışıkta parlar?

Yığılma, bilinen en verimli enerji üretim yollarından biridir: düşen maddenin kütlesinin yaklaşık yüzde 10'undan yüzde 40'ın üzerine kadar bir bölümü enerjiye dönüşebilir. Nükleer füzyonda bu oran yalnızca yüzde 0,7 civarındadır. Kuasarların olağanüstü parlaklığının, süper kütleli kara deliklere yığılan gazdan kaynaklandığı düşünülür.

Diskin hangi dalga boyunda ışıyacağını merkezdeki cismin kütlesi belirler. Genç yıldızların ve önyıldızların çevresindeki diskler kızılötesinde, nötron yıldızları ile kara deliklerin çevresindekiler ise X-ışınlarında parlar. NASA'nın anlatımıyla bir kara deliğin asıl ışık kaynağı yığılma diskidir. Diskin üstünde, milyar derecelik ince ve türbülanslı bir bulut olan korona yer alır ve diskten çok daha yüksek enerjili X-ışınları üretir. Diskin bize doğru dönen tarafı Doppler etkisiyle daha parlak ve mavimsi, uzaklaşan tarafı ise daha sönük ve kırmızımsı görünür.

Verileri göster

Yığılma diski (alt sınır)	yaklaşık %10
Yığılma diski (üst sınır)	%40'ın üzeri
Nükleer füzyon	yaklaşık %0,7
Alfa-disk modeli	1973
Manyetik dönme kararsızlığı	1991

Nerelerde görülür?

• Etkin gökada çekirdekleri ve kuasarlar: En göz alıcı yığılma diskleri aktif galaksi çekirdeklerinde ve kuasarlarda bulunur. Bu tür kara deliklerin en ünlü örneklerinden birinin ayrıntısı M87 kara deliği sayfasında.
• Yakın çift yıldızlar: Çiftin bir üyesi beyaz cüce, nötron yıldızı ya da kara deliğe dönüşmüşse ve eşi Roche lobunu taşırırsa, eşten akan gaz açısal momentumu yüzünden dümdüz düşemez ve bir disk oluşturur.
• Genç yıldızlar: T Tauri ve Herbig yıldızlarının çevresindeki diskler de bu ailedendir, ama gazları bir eşten değil yıldızın doğduğu molekül bulutundan gelir. Bunlara gezegen öncesi disk denir.
• Gelgit bozulması olayları: Bir kara deliğin parçaladığı yıldızın artıkları da kısa ömürlü bir disk kurar; ayrıntısı gelgit bozulması olayı sayfasında.

Sık karıştırılanlar

• Olay ufku ile yığılma diski: Olay ufku kara deliğin "yüzeyi" sayılan, ışığın bile kaçamadığı sınırdır; disk ise henüz bu sınırı geçmemiş, dışarıda dolanan maddedir. NASA'nın belirttiği gibi, çevresindeki maddeyi tüketmiş yalnız bir kara deliğin yığılma diski yoktur.
• Jet ile disk: Kara deliğe doğru akan maddenin küçük bir bölümü, ışık hızına yakın hızlarla iki karşıt jete yönlendirilebilir. Jetler diskten beslenir ama ayrı yapılardır; nasıl oluştukları hâlâ tam anlaşılmış değildir.
• Atılım diski: Yığılma diskinin tersi, bir yıldızdan dışarı atılan maddenin kurduğu atılım diskidir (decretion disk); Be yıldızları buna örnektir.
• Gezegen öncesi disk: Gezegenlerin doğduğu bu disk, kara delik çevresindeki yığılma disklerinden çok daha soğuktur ve çok daha yavaş döner. Bazı kaynaklar onu yığılma diskinin bir türü sayar, bazıları ayrı tutar.