白矮星中子星与黑洞.ppt

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白矮星中子星与黑洞

第六讲 白矮星、中子星与黑洞 赵峥 北京师范大学 一、历史上的黑洞 二、恒星的演化 三、白矮星与红巨星 四、中子星与脉冲星 五、超新星爆发 六、对黑洞的早期认识 加尔各答黑洞 加尔各答黑洞 20平方米,3个犯人 关进146名俘虏,10小时后,123人死去,仅23人存活。 一、历史上的黑洞 200年前(拿破仑时代) 米歇尔(1783) 拉普拉斯(1796) 《宇宙体系论》 《天体力学》 “天空中存在着黑暗的天体,像恒星那样大,或许像恒星那样多。一个具有与地球同样密度,而直径为太阳250倍的明亮星体,它发射的光将被它自身的引力拉住,而不能被我们接收。正是由于这个道理,宇宙中最明亮的天体很可能却是看不见的。” ——拉普拉斯 用万有引力定律,未用广义相对论。 光子动能误为 ,而不是 两个错误相互抵消 正确的结论! 当时不知道光速是极限速度,因此光虽无法逃离暗星,其它物体仍有可能逃离。 天体力学第一版、第二版均谈到暗星, (1796)(1799) 但第三版取消 (1808) 托马斯·杨1801年完成双缝干涉实验 1939年,奥本海默在研究中子星时,再次预言“暗星”的存在。 广义相对论 光子 太阳半径 70万千米,密度1.4克/cm3 暗星半径 3千米,密度100亿吨/cm3 当时已知密度最大的物质是构成白矮星的物质 ~1吨/cm3 黑洞的密度 密度= , 黑洞 的黑洞, 与水差不多 二、恒星的演化 主序星→红巨星→白矮星 ~1吨/cm3 中子星 ~10亿吨/cm3 黑洞 ~100亿吨/cm3 钱德拉塞卡极限 1.4 奥本海默极限 2~3 赫罗图 赫罗图 恒星的演化 恒星密度与半径的比较 恒星尺度的比较图 三、白矮星与红巨星 (1)天狼伴星(天狼B星) 天狼(大犬座 ),距我们9光年,最亮的恒星。 离我们最近的恒星 南门二(半人马座 ) 三合星(聚星),其中A、B星相互较近,较亮,4.35光年;C星(比邻星)4.28光年。 1834年发现,天狼星位置有周期变化,28年后发现伴星, ~175千克/cm3 白矮星,1万度 (2)白矮星的形成 主序星(100亿年) 红巨星 白矮星 氦闪: He C , O 100万年 1刹那=1念=0.018秒 1瞬间=20念=0.36秒 1弹指=20瞬间=7.2秒 1罗预=20弹指=2.4分 1须臾=20罗预=48分 1昼夜=30须臾=24小时 氦闪之后,红巨星继续膨胀,抛出气体形成行星状星云,内核坍缩成为白矮星。 (3)白矮星的原理与演化 白矮星的支撑力:泡利斥力 电子自旋 泡利不相容原理 电子自旋 ——乌伦贝克,高斯密特(爱仑菲斯特) 1925 (泡利的失误) 白矮星大量存在 白矮星靠电子间泡利不相容原理的斥力支撑 白矮星的结局——黑矮星 (4)钱德拉塞卡极限 1934年提出(24岁) 爱丁顿反对! 爱因斯坦也不赞同。 1983年(73岁)获诺贝尔物理奖! 四、中子星与脉冲星 (1)中子星的预言 中子的发现 玻特(1930) 约里奥夫妇(1931) 查德威克(1932) 中子星的预言 朗道(1932) (几乎与钱德拉塞卡同时指出,白矮星有质量上限,结论相似) (2)奥本海默极限 中子星 继续坍缩(1939年) 奥本海默极限 约 中子星密度 1~10亿吨/cm3 (3)脉冲星的发现 休伊士,贝尔(1967) 巡天观测,“小绿人” (4)脉冲星就是中子星 中子星磁场极强 自转轴与磁轴不重合 自转极快(恒星收缩时角动量守恒) 660转/秒 (5)中子星的构造 中子星就像一个大汤姆孙电子 中子星可以看作周期表中的稳定岛? 表面没有山峰 表面温度1000万度 表面大气层厚度0.1~10cm

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