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时间:2024-08-17 12:05:16
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【高悬赏】求关于黑洞、白矮星、中子星的资料。要易懂的、偶还没升到初中呢。【专家解说】:白矮星,一类低光度、高温度、高密度的简并态恒星。根据对200多颗双星中的白矮星的实测数据推算,
【专家解说】:白矮星,一类低光度、高温度、高密度的简并态恒星。根据对200多颗双星中的白矮星的实测数据推算,其半径接近于行星,质量约为同光度主序星质量的1.5倍(根据简并电子气体理论推算出的无自转白矮星质量上限约为1.44个太阳质量),而密度高达105~107克/厘米3。典型的白矮星是天狼星的伴星。光谱观测表明,许多种光谱型中均有白矮星,因而它们在赫罗图上占据着主星序左下方相当广阔的区域。在恒星光谱分类中用谱型前加字母D来表示,并细分为许多次型,如DA——富氢的、DB——富氨的、DF——富钙的、DP——强磁场的……对连续辐射和氢线线翼的圆偏振观测表明,白矮星的磁场高达105~107高斯,这是与理论推算相符的。白矮星同新星和矮新星有密切的关系:许多新星和矮新星是双星,其中一个子星就是白矮星。这些新星和矮新星有一分钟到数十分钟的光度变化和X射线辐射,这可能同白矮星子星的脉动和物质吸积有关。目前的理论研究认为,白矮星是恒星演化的几种归宿之一:当恒星经过红巨星阶段发生大量质量损失后,剩下的质量着小于1.44个太阳质量,这颗恒星便穿过主星序而演化成白矮星。有人认为白矮星的前身可能是行星状星云的中心星,它的核能源已基本耗尽,整个星体开始慢慢冷却、晶化直至最后“死亡”。根据统计资料估算,白矮星的总数约占全天恒星总数的3%,理论推算认为应占10%左右。在许多年老星团如毕星团中也发现了白矮,这与目前的理论预言是相符的。白矮星具有很强的表面引力,因而很早就观测到了谱线的引力红移,从而为验证相对论提供了实测的数据。
中子星,主要由简并中子组成的致密星。 1932年发现中子后不久,朗道就提出可能有由中子组成的致密星。1934年巴德和兹成基也分别提出了中子星的概念,而且指出中子星可能产生于超新星爆发。1939年奥本海默和沃尔科夫通过计算建立了第一个中子星的模型。 1967年,英国射电夭文学家休伊什和贝尔等发现了脉冲星。不久,就确认脉冲星是快速自转的、有强磁场的中子星。中子星外层为固体外壳,厚约1公里,密度约为1011~1014克/厘米3,由各种原子核组成的点阵结构和简并的自由电子气所组成。外壳内是一层主要由中子组成的流体,密度约从1014到1015克/厘米3,在这层中还有少量的质子、电子和介子。对于中子星内部的密度高达1016克/厘米3的物态,目前有三种不同的看法:①超子流体;②固态的中于核心;③中子流体中的π介子凝聚。在极高密度下,当重子核心彼此重选得相当紧密时(这种情形有可能出现于大质量中子星的中心部分),物质的性质如何,是一个完全没有解决的问题。中子星的质量下限约为0.1太阳质量,上限在1.5~2太阳质量之间。中子星半径的典型值约为10公里。1974年李政道等提出反常核态理论,中国的一些天体物理工作者把这一理论应用于天体研究,得出的结果是;①有可能存在稳定的反常中子星,它们可能是晚期恒星的一个新的类型或新的阶段;②致密量可能有第三个质量极限,即反常中子星的极大质量,约为3.2太阳质量。
黑洞,广义相对论所预言的一种特殊天体。它的基本特征是具有一个封闭的视界。视界就是黑洞的边界。外来的物质和辐射可以进入视界以内,而机界内的任何物质都不能跑到外面。
早在1798年,拉普拉斯曾根据牛顿引力理论预言存在一种类似于黑洞的夭体。他的计算结果是,一个直径
比太阳大250倍而密度与地球相当的恒星,其引力场足以捕获它所发出的所有光线,而成为暗天体。1939年,奥图默等根据广义相对论证明,一个无压的尘埃球体,在自引力作用下,将能坍缩到它的引力半径的范围以内。引力半径rg=2GM/C2,式中G为万有引力常数,C为光速,M为球体的总质量。当物质球坍缩到半径为rg,这个球体所发射的光线或其他任何粒子,都不能逃到rg球以外,这就形成黑洞。对晚期致密恒星的研究证明,存在一临界质量Mc。当星体质量M>Mc,在引力坍缩后,它不可能有任何稳定的平衡态,而只能形成黑洞。
在形成黑洞以前的恒星物质可以有各种不同的属性。但是,一当形成稳定的黑洞以后,几乎所有属性都不再能被观测到。只要用三个参数就可以完全表征黑洞的性质。这三个参数是:质量M、角动量J和电荷Q。当J=Q=0时,是球对称的史瓦西黑洞;当Q=0时,是轴对称的克尔黑洞。黑洞的一个重要物理参量是它的视界的面积A,其值为(在C=G=1单位系):A=8π[M2+M(M2-α2-Q2)1/2-Q2/2] 。式中α=J/M。A的基本性质是,在黑洞的演化过程(例如,通过与物质相互作用,或黑洞之间的相互作用冲,它的面积总不减少。这称为面积不减定理。它是物质只能进入黑洞而不能跑出黑洞这一特性的定量表述。面积不减定理,类似于热力学中的孤立系熵不减原理。因此,黑洞的面积相当于黑洞的熵。在这个基础上建立了黑洞热力学。黑洞热力学的一个结论是,黑洞具有一定的温度,其值与黑洞的质量成反比。1974年,霍金证明,如果考虑到黑洞周围空间中的量子涨落,则黑洞的确具有与它的温度相对应的热辐射。计及量子效应后,黑洞不再是完全“黑”的了,它也会发射,甚至出现剧烈的爆发。
寻找黑洞,是相对论天体物理学的重要课题。孤立的黑洞难于观测,因此,观测工作着重于在双星体系中证认黑洞。目前,认为最有可能是黑洞.的夭体,是天鹅座X-1。天鹅座X-1是密近双星中的一个星体。它所发射的X射线没有规则的脉冲结构,但却具有短时标的脉动涨落,脉动时标在几毫秒到10秒范围内;它的质量大于5.5太阳质量,大于致密星的临界质量。这些特征都符合黑洞的特性。另外,观测还表明,在椭圆星系M87的核心,可能有质量为9×109太阳质量的大型黑洞。M87的特征是:在核心处有异常的亮度分布,颜色较蓝,弥散速度也较大。这些都与黑洞模型相符合。按照大爆炸宇宙学,在宇宙早期可能形成一些小质量黑洞,一个质量为1015克的黑洞,其空间尺度只有10-13厘米左右(相当于原子核的大小)。小黑洞的温度很高,有很强的发射。有一种模型认为,高能天体物理研究所发现的一些高能爆发过程,也许就是由这些小黑洞的发射及其最终的爆发引起的。
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