第四章 致密星课件

第四章 致密星 4.1 白矮星 4.2 中子星 4.3 黑洞 4.1 白矮星 (white dwarfs) 1. 发现 天狼星（Sirius）双星，Porb= 50 yr 天狼A：mv =1.45m，Mv = 1.4m 天狼B：mv = 8.68m，Mv = 11.6m Teff = 2.6104 K R5108 cm 轨道运动 M = 1.05 M = 3.8106 gcm-3 Sirius in optical and X-ray 2. 白矮星基本特征 在H-R图白矮星位于主序带的左下方 球状星团M4中的白矮星 形成 光度与光谱： 绝对星等Mv 8m-16m，有效温度Teff 5103 - 4104 K. 光谱分类DC、DO、DBDM. 结构： 质量M 0.2-1.1 M（平 均 0.6 M） 半径R 5108-109 cm 密度105-107 gcm-3 自转周期 P10 sec 2. 简并电子气与Chandrasekhar极限 (1) 简并电子气 高温 原子电离 自由电子 高密 电子简并 简并电子压力（Pauli不相容原理） Pe = nvp 由测不准原理，电子的动量p p h/x h/(V/N)1/3 (N/V)1/3 非相对论性情形 ：Pe np2 (N/V)5/35/3 相对论性情形 ：Pe ncp 4/3 质量越大，半径越小 ! 压力 dP/dR P/R 5/3/R M5/3/R6 引力 gM/R2 M2/R5 (2) 质量-半径关系 dP/dR P/R 4/3/R M4/3/R6gM/R2 M2/R5 (3) Chandrasekhar极限 对高质量白矮星，简并电子气是相对论性的。 随着质量增大，引力比压力增大得更快 白矮星质量上限（Chandrasekhar极限质量） 对He白矮星，Mch1.44 M 对CO白矮星，Mch1.4 M Why stars with masses Rs，0 /1-GM/c2R 或 其中“光子质量” 时间延迟 在黑洞附近的时钟比远处的时钟走得 慢。 在视界处的时钟看上去完全停止。 From Jacks point of view: Sees the ship getting further away. Flashes the laser every second by his watch. Sees a blue beam leave the laser. From Jills point of view: Each flash takes longer to arrive, and is redder and fainter than the one before it. Jack Sees: Laser flashes blue every second by his watch The outside world looks distorted Jill Sees: Laser flashes come 1 hour apart Flashes are shifted to radio wavelengths and are getting fainter with each flash. Jill: Sees one last laser flash after a long delay; flash is faint and at long radio wavelengths Never sees the next flash Jack: Universe vanishes as he crosses the horizon Gets shredded by strong tides near the singularity and crushed to infinite density. Near the Event Horizon. Down the hole. 黑洞无毛发定理 表征黑洞性质的物理参数：质量、角动量 和电荷。 Kerr黑洞。 黑洞面积不减定理 黑洞可以合并，不可以分裂。 黑洞的蒸发 真空 正负(虚)粒子对 负粒子被吸收 黑洞质量减小 正粒子逃逸 带走能量 黑洞能损率黑洞寿命 当M=1 M, t1067 yr； 当M=1015 g, t1010 yr （小黑洞已经蒸发） Gamma-Ray Bursts and Black Holes 3. 黑洞的观测证据 恒星级黑洞 途径：搜寻质量超过中子星质量上限（2-3 M） 的致密星。 确定致密天体性质：X射线辐射、时变 确定致密天体质量：双星轨道运动 X射线双星 黑洞候选天体Cygnus X-1 强X射线源 X射线辐射光变时标1 ms 辐射天体尺度 9M MBH 2.9M 光谱拟合 MOpt =17.8M, MBH =10.1M Cygnus X-1必定是黑洞！ =0.25M 星系级黑洞 M106- 109 M 通常位于星系核心 Intermediate-Mass Black Holes? Chandra X-ray Observatory has found new populations of susp