— Процесс всасывания (физика аккреционного диска)
Процесс всасывания газа и пыли в черной дыре сопровождается образованием аккреционного диска. Явление аккреционного диска наблюдаются и в земных условиях — это смерчи, циклоны, водяные воронки, образовавшиеся при вытекании жидкости из сосуда через отверстие. Для определения и анализа возможных процессов, происходящих в аккреционных дисках и вокруг них необходимо проанализировать процессы, происходящие в водяных воронках при вытекании жидкости из сосуда через отверстие, в газовой среде, смерчах и циклонах.
1. Рассмотрим процесс образования водяной воронки.
Появление и размеры водяной воронки зависят от размеров отверстия, через которое вытекает жидкость и параметров самой жидкости: плотности, вязкости и уровня. Увеличение отверстия вначале ведет к увеличению воронки, а затем к ее уменьшению. С образованием водяной воронки расход жидкости через отверстие уменьшается.
Следовательно, возможно:
— Появление и увеличение аккреционного диска уменьшает скорость заполнения черной дыры газом космического пространства.
— Увеличение размеров черной дыры как объема вакуума относительно газа окружающего космического пространства, возможно, приводит вначале к увеличению аккреционного диска, диска галактики и рукавов спиральных галактик.
Дальнейшее увеличение объема вакуума и размеров черной дыры, возможно, приводит к уменьшению размеров аккреционного диска, к снижению газовых потоков и снижению образования звезд в дисках и в рукавах галактик. Уменьшение размеров аккреционного диска, вероятно можно рассматривать как уменьшение размеров дисков и в рукавов галактик.
2. Рассматривая процессы, происходящие при моделировании смерча, можно наблюдать явление засасывания частичек воды и газа в циркуляционный поток. Вероятно, что вращение аккреционного диска создает дополнительную силу всасывания газа из космического пространства. Даже при небольшой угловой скорости аккреционного диска его частицы имеют высокую линейную скорость из-за огромного радиуса этого диска. На периферии аккреционного диска частицы имеют максимальное значения линейной скорости, что по закону Бернулли создает эффект всасывания газа и пыли из космического пространства в аккреционный диск.
Это всасывание газа в аккреционный диск влияет на звездообразование в галактиках.
Попробуем составить возможную цепочку физических явлений сопровождающих образование и существование аккреционного диска.
Из закона Бернулли мы знаем, что при увеличении скорости движения жидкости в трубках давление этой жидкости на стенки трубок уменьшается. Такое же явление наблюдается и в процессе движения газов. Если разместить в пространстве рядом и параллельно друг к другу два листа бумаги и подуть между ними, то они приблизятся друг к другу рисунок №R-7.7.
(127) Рисунок №R-7.7
Сближение листов бумаги говорит о том, что давление газа на листы со стороны газового потока снизилось.
Сформулируем разобранное нами явление простыми понятиями.
Упорядоченное движение потока жидкости или газа снижает статическое давление жидкости или газа на боковые границы со стороны этого потока. При увеличении скорости движение потока жидкости или газа статическое давление на боковые границы со стороны этого потока уменьшается.
Рассмотрим вариант движения газового потока по окружности (рисунок №R-7.8).
В каких случаях наблюдается завихрение и круговое движение газового потока?
— Газовый поток, стремящийся заполнить вакуум, закручивается и двигается по окружности. Это круговое движение газа вокруг центральной вакуумной области не заполняет ее газом, а наоборот отсасывает из вакуумной области (зоны A) оставшиеся атомы и молекулы газа. То есть, газовый поток, предназначенный для заполнения вакуумной области, становится природным компрессором для сохранения и поддержания вакуума в вакуумной области A. Рождается само поддерживающийся вихрь.
— Газовый поток встречает на своем пути препятствие, преодолевая его, закручивается, и при соответствии препятствия и газового потока необходимым характеристикам для появления вихря, рождается само поддерживающийся вихрь.
— Газовый поток встречает на своем пути другой газовый поток или несколько газовых потоков, при соответствии газовых потоков необходимым характеристикам для появления вихря, рождается само поддерживающийся вихрь.
(128) Рисунок №R-7.8
Мы не ставим перед собой задачу найти законы, заставляющие газовый поток двигаться по окружности. Мы исходим из фактических данных, которые говорят,
что при заполнении больших объемов вакуума, газовый поток движется по окружности. Рассмотрим такое движение газового потока. На рисунке №R-7.8, где показано движение газового потока по окружности, мы разделили область расположения этого потока на три части — A, B и C. В зоне B газовый поток движется по окружности. На частицу газа в зоне B, кроме сил заставляющих частицу двигаться по окружности, должна действовать и центробежная сила. Эта сила направлена на расширение газового потока или на выход этой частицы из потока в направлении зоны C. Если значение центробежной силы, действующей на частицу в зоне B, превышает значение сил направленных на удержание ее в зоне, то центробежная сила выбрасывает эту частицу в зону C. На границе при выходе из зоны B частица сталкивается с частицами, всасывающимися в зону B из зоны С. На границе зон B и C происходит противоборство потоков, направленных в зону B и из зоны B, и сил всасывания, направленных в зону B, и центробежных сил, направленных из зоны B. В самой зоне B происходит такое же противоборство сил, но приложенных не к потокам, а к каждой частице. То есть, на каждую частицу, двигающуюся в потоке в зоне B, действуют центробежная сила и сила всасывания.
Мы определили, что на частицы и потоки частиц в зонах A, B и C действуют две основные силы: сила всасывания и центробежная сила.
— Сила всасывания зависит от линейной скорости потока и частиц.
— Центробежная сила, выталкивающая частицу из движущегося потока, зависит от угловой скорости потока и частиц.
Несмотря на то, что угловая и линейная скорости вращающегося газового потока взаимозависимы, соотношение между этими двумя скоростями определяет соотношение между центробежной силой и силой всасывания. Отношение между линейной скоростью и угловой скоростью является значение радиуса вращающегося газового потока. Следовательно, от радиуса вращающегося газового потока зависит соотношение между центробежной силой и силой всасывания. Если радиус вращающегося газового потока небольшой, а угловая скорость высокая, то центробежная сила будет значительно влиять на процессы во вращающемся потоке. Если же радиус вращающегося газового потока большой, то при той же угловой скорости линейная скорость будет выше, следовательно, и сила всасывания будет больше. В вихре внутренние слои пытаются расшириться, а внешние сжаться.
Мы рассмотрели физику возможных процессов, происходящих в зонах B и C. Рассмотрим и спрогнозируем возможные процессы в зоне A.
Зона A является особенной зоной. Особенность зоны A заключается:
— В ее закрытости, если газ из окружающей среды через зону C засасывается в зону B, то зона A является закрытой от окружающей среды из-за круговой замкнутости зоны B. Зона A является внутренней зоной.
— В зоне A действие силы всасывания по направлению совпадает с действием центробежной силы. Совпадение по направлению действия центробежной силы и силы всасывания дает максимальный эффект всасывания газа из зоны A в зону B. В сочетании с закрытостью зоны A эффект максимального всасывания создает максимально возможный вакуум в зоне A.
— Несмотря на круговую изоляцию, зона A не закрыта полностью. Через верх и низ зона A имеет доступ к внешней среде.