《天体物理学》.PDF

《天体物理学》 第一章 天体概论 讲授：徐仁新 北京大学物理学院天文学系 “Astrophysics” /~xurenxin/ R. X. Xu 几个知识要点 1，Hertzsprung-Russell （HR ）图 2 ，银河系，星族 （I 、II 、III ） 3，星系的Hubble形态分类 4 ，星系旋转曲线，暗物质的存在 “Astrophysics” /~xurenxin/ R. X. Xu 1，Hertzsprung-Russell图 刻画恒星的两个物理量 •明亮程度 （视亮度，或流量F ） •颜色（光谱特性）。 若某些恒星的距离D 可通过 观测 （如三角视差法）得 到，则可将F 换算成反映恒 星本身辐射光能力的内禀 物理量——光度L ： 2 2 4 L 4D F （若为黑体辐射，则L 4R T ） 光度（绝对星等） 流量（视星等） 温度（颜色） 2 ，银河系，星族 II I II I II 夏天的银河比冬天亮！ 侧视图 俯视图 “Astrophysics” /~xurenxin/ R. X. Xu 2 ，银河系，星族 •星族I ：银盘中，富金属 •星族II ：银核、核球、以及银晕球状星团内，贫金属 宇宙早期核合成主要产物是氢和氦，较重元素是通过恒星内部 的热核反应过程产生的。因此一般认为，星族I恒星是比较年轻 的，而星族II属于老年恒星。银盘是恒星诞生的主要场所。 •星族III ：几乎完全由氢和氦组成的极端贫金属恒星，宇 宙诞生后产生的第一代恒星（first stars ）。 “Astrophysics” /~xurenxin/ R. X. Xu 3 ，星系的Hubble形态分类 “Astrophysics” /~xurenxin/ R. X. Xu 4 ，星系旋转曲线，暗物质 若认为物质近乎球对称分布， v2 GM (R) R R2 其中M(R) = 半径R 以内物质的总质 量。旋涡星系内发光物质主要集中 于核球 （以及薄盘）；若认为核球 3 内密度均匀，则M(R)  R ，于是 有：v  R 。在核球以外，忽略盘 的质量，M(R)近似常数，有：v  R-1/2 。因此，旋转速度应该在R 较 小时增加，而R较大时衰减。 “Astrophysics” /~xurenxin/ R. X. Xu 4 ，星系旋转曲线，暗物质 实际旋涡星系旋转曲线： 在R 较小时旋转速度随R 增加而增加，但在R 较大 时旋转速度倾向于常数， 并没有衰减的趋势。 为什么？ 存在大量的不发光（或发 光效率极低）的物质—— 暗物质！ “Astrophysics” /~xurenxin/ R. X. Xu 4 ，星系旋转曲线，暗物质 • 除了引力效应外，实验测量暗物质的通道有三