An accretion disk is a structure of orbiting matter formed around a massive central body, such as a black hole, by gravitational attraction.Un disco de acreción es una estructura aplanada y rotante de gas y plasma que se forma cuando la materia fluye hacia un objeto compacto masivo: un agujero negro, una estrella de neutrones o una enana blanca. Debido a la conservación del momento angular, el gas no cae en picado, sino que entra en una órbita circular y deriva lentamente hacia el interior hasta que las fuerzas viscosas (por ejemplo, la inestabilidad magnetorrotacional) redistribuyen el momento angular hacia fuera. El borde interior del disco está determinado por la última órbita circular estable, que para un agujero negro sin rotación equivale a tres radios gravitacionales. Más cerca del centro, las temperaturas se disparan hasta decenas de millones de grados y el disco emite radiación intensa de rayos X y gamma.
La teoría de la acreción por discos se desarrolló activamente desde los años 60. El modelo del disco α, que se convirtió en estándar, fue publicado por N. I. Shakura y R. A. Sunyaev en 1973. El descubrimiento de los cuásares (Maarten Schmidt, 1963) señaló la acreción como fuente de su increíble luminosidad. Las binarias de rayos X (por ejemplo, Cygnus X-1) se convirtieron en laboratorios naturales para verificar la teoría. Instrumentos modernos como Hubble, Chandra y Spektr-RG siguen afinando la imagen, y el Event Horizon Telescope fotografió por primera vez en 2019 el disco alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de M87.
En régimen estacionario, la estructura del disco está determinada por el equilibrio entre gravedad, presión y rotación. Para un disco kepleriano, la velocidad angular es Ω = √(GM/r³). El flujo de radiación a un radio r es: F(r) = (3GMṀ / 8πr³) [1 − √(r_in/r)], donde Ṁ es la tasa de acreción y r_in es el radio interior (ISCO). La luminosidad total es L = GMṀ / (2r_in). El transporte de momento angular lo asegura la inestabilidad magnetorrotacional (MRI), que genera viscosidad turbulenta. En campos gravitatorios intensos son importantes las correcciones de la relatividad general: la ISCO se desplaza hacia el horizonte para agujeros con rotación, aumentando el rendimiento energético. Parte de la energía puede extraerse de la rotación del agujero mediante el mecanismo de Blandford-Znajek y concentrarse en chorros relativistas.
Los discos de acreción son las principales fuentes de energía de los cuásares y de la emisión de rayos X de sistemas binarios con agujeros negros y estrellas de neutrones. Su estudio permite pesar agujeros negros e investigar la gravedad fuerte.
El disco de acreción de un agujero negro supermasivo puede eclipsar la luz de todas las estrellas de su galaxia anfitriona, mientras que el agujero mismo permanece completamente oscuro.
| P | variable | accretion power — potencia watt |
| η | variable | efficiency of mass-to-energy conversion |
| Ṁ | variable | mass accretion rate — tasa de flujo másico kilogram per second |
| c | constante | Speed of light in vacuum — velocidad de la luz = 299792458 metre per second |
| T(r) | variable | disk temperature at radius r — temperatura kelvin |
| r | variable | radial distance from the central object — radio metre |
| M | variable | mass of the central object — masa kilogram |
| \dot{M} | variable | mass accretion rate — tasa de flujo másico kilogram per second |
| G | constante | Constant of universal gravitation. — constante gravitacional = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared |
| \sigma | constante | Constant relating blackbody radiated power to temperature. — constante de Stefan-Boltzmann = 5.670374419e-8 watt per square metre per kelvin to the fourth |
| r_A | variable | Alfvén radius — radio metre |
| μ | variable | Magnetic dipole moment of the star — magnetic dipole moment ampere square metre |
| G | variable | Gravitational constant — constante gravitacional cubic metre per kilogram per second squared |
| M | variable | Mass of the accreting star — masa kilogram |
| Ṁ | variable | Mass accretion rate — mass accretion rate kilogram per second |
| \dot{M} | variable | mass accretion rate — mass accretion rate kilogram per second |
| M | variable | mass of the gravitating body — masa kilogram |
| \rho_\infty | variable | ambient gas density at infinity — densidad de masa kilogram per cubic metre |
| c_s | variable | sound speed in the gas — rapidez metre per second |
| v_{\text{rel}} | variable | relative velocity of the body through the gas — velocidad metre per second |
| G | constante | Newtonian gravitational constant — constante gravitacional = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared |
| \lambda | constante | dimensionless accretion efficiency factor of order unity — accretion efficiency = 1 |
| L_{\rm acc} | variable | accretion luminosity — luminosidad watt |
| M | variable | mass of the accreting object — masa kilogram |
| \dot{M} | variable | mass accretion rate — tasa de flujo másico kilogram per second |
| R | variable | radius at which accretion energy is released — radio metre |
| G | constante | Constant of universal gravitation. — constante gravitacional = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared |
