Processus physiques
Compte tenu des densités et températures typiques des disques d’accrétion, la viscosité est trop faible pour entraîner la dérive vers l’intérieur. On pense que la friction provient de la turbulence due à la rotation du disque qui amplifie les champs magnétiques déjà présents. Cette turbulence fournit la viscosité effective qui entraîne la dérive de la matière vers l’intérieur tout en transportant l’excès de moment angulaire vers l’extérieur.
A mesure que la matière du disque se rapproche de l’accréteur, elle accélère en réponse à la plus forte attraction gravitationnelle et se déplace le long d’une trajectoire en spirale à des vitesses orbitales supersoniques tout en continuant à dériver progressivement vers l’intérieur à des vitesses subsoniques. Si l’accréteur est une étoile normale de la séquence principale, la vitesse orbitale atteint des centaines de kilomètres par seconde. Dans les cas les plus extrêmes d’étoiles à neutrons ou de trous noirs, le mouvement orbital approche la vitesse de la lumière et doit donc être décrit par la théorie de la relativité. L’émission du disque présente des effets relativistes tels que le décalage vers le rouge gravitationnel, dans lequel la longueur d’onde de la lumière émise est décalée vers de plus grandes longueurs d’onde.
Parce que le matériau du disque doit perdre de l’énergie pour s’accréter sur l’objet central, le matériau du disque devient chaud, et la chaleur générée s’échappe par les deux côtés du disque. Dans les binaires à rayons X, où l’accréteur est une étoile à neutrons ou un trou noir, les températures dans les disques d’accrétion vont de quelques milliers à plusieurs millions de kelvins. Par conséquent, le disque émet de la lumière depuis l’infrarouge jusqu’aux longueurs d’onde des rayons X de faible énergie (mous). Fréquemment, des parties du disque peuvent s’évaporer pour former une couronne de faible densité encore plus chaude, semblable à celle du Soleil, émettant des radiations dans la gamme des rayons X de haute énergie (durs).
Les études spectrales détaillées (voir spectroscopie) de l’émission des disques d’accrétion permettent d’apprendre beaucoup de choses. L’émission continue donne des indices sur la vitesse à laquelle la masse circule dans le disque et sur la distribution de la température à la surface du disque. L’émission de raies et sa forme détaillée permettent de mesurer les paramètres du système. Dans les meilleurs cas, la masse et la vitesse de rotation de l’objet compact central peuvent être déterminées par l’analyse détaillée de la longueur d’onde et de la forme de certaines raies spectrales du fer. Ces raies constituent la meilleure preuve de l’existence des trous noirs.
De nombreux objets accrétants différents, notamment les quasars, les radiogalaxies, les binaires à rayons X et les jeunes étoiles, éjectent une partie de la matière accrétée depuis leur pôle sous forme de jets supersoniques (voir jet radio). On pense généralement que ces jets sont probablement propulsés par des forces magnétiques provenant des lignes de champ magnétique qui sont tordues en hélice par la rotation du disque et qui sont dirigées perpendiculairement à celui-ci.
Juhan Frank