天文学概论多篇两篇

第七章中子星和类星体/show/DWHIEm9Vg2wTOC4soMk6hA...html脉冲星、类星体、微波背景辐射和星际有机分子一道并称为1960年代天文学“四大发现”。中子星（NeutronStars）最早提出中子星设想的是前苏联著名物理学家朗道（Landau，LevDavidovich1908～1968）。1932年，英国物理学家查德威克发现中子的消息传到哥本哈根不久，正在丹麦访问的朗道就预言，可能存在由中子组成的致密星体。1934年，以超新星为主要研究领域的德国-天文学家巴德（Baade，Walter1893～1960）和瑞士天文学家兹维基（Zwicky，Fritz1898～1974）分别提出，在超新星爆发之后，其核心将形成中子星。中子星1939年，物理学家奥本海默与沃尔科夫根据广义相对论进一步求出了中子星的结构。但是对中子星观测的进展却进行得十分缓慢。1967年，英国科学家休伊什和他的研究生乔丝琳·贝尔首先发现了脉冲星。经过计算，它的脉冲强度和频率只有像中子星那样体积小、密度大、质量大的星体才能达到。1968年6月，康奈尔大学的T.Gold在《自然》杂志上发表文章，明确指出人们发现的脉冲星是快速自转的中子星。

这样，中子星才真正由假说成为事实。脉冲星的发现

1967年，英国剑桥新建造了射电望远镜，这是一种新型的望远镜，它的作用是观测射电辐射受行星际物质的影响。整个装置不能移动，只能依靠各天区的周日运动进入望远镜的视场而进行逐条扫描。1967年7月，这台仪器正式投入使用，接受波长为3.7米。用望远镜观测并担任繁重记录处理的是休伊什的女博士研究生乔斯琳·贝尔。在观测的过程中，细心的贝尔小姐发现了一系列的奇怪的脉冲，这些脉冲的时间间距精确的相等。贝尔小姐立刻把这个消息报告给她的导师休伊什，休伊什认为这是受到了地球上某种电波的影响。但是，第二天，也是同一时间，也是同一个天区，那个神秘的脉冲信号再次出现。这一次可以证明，这个奇怪的信号不是来自于地球，它确实是来自于天外。这是不是外星人向我们发出的文明信号呢，新闻媒体对这个问题投入了极大的热情，不久，贝尔又发现了天空中的另外几个这样的天区，最后终于证明，这是一种新型的还不被人们认识的天体——脉冲星。1974年，这项新发现获得了诺贝尔物理奖，奖项颁给了休伊什，以奖励他所领导的研究小组发现了脉冲星。令人遗憾的是，脉冲星的直接发现者，乔斯琳．贝尔小姐不在获奖人员之列。事实上，在脉冲星的发现中，起关键作用的应该是贝尔小姐的严谨的科学态度和极度细心的观测。

舆论一片哗然。英国著名天文学家霍伊尔爵士在伦敦《泰晤士报》发表谈话，他认为，贝尔应同休伊什共享诺贝尔奖，并对诺贝尔奖会授奖前的调查工作欠周密提出了批评，甚至认为此事件是诺贝尔奖历史上一桩丑闻、性别歧视案。霍伊尔还认为，贝尔的发现是非常重要的，但她的导师竟把这一发现扣压半年，从客观上讲就是一种盗窃。更有学者指出，“贝尔小姐作出的卓越发现，让她的导师休伊什赢得了诺贝尔物理奖”。

著名天文学家曼彻斯特和泰勒所著《脉冲星》一书的扉页上写道：“献给乔瑟琳·贝尔，没有她的聪明和执著，我们不能获得脉冲星的喜悦。”中子星的形成

质量超过钱德拉极限（1.4

Msun）的致密天体可以进一步塌缩。

压力变得如此之大以至于电子和质子通过如下的过程结合成稳定的中子

:p+e-

n+ne

中子星中子星的性质典型大小:R~10km质量:M~1.4–3Msun密度:r~1014g/cm3

方糖大小的中子星物质即可拥有约~1亿吨!!!脉冲星（Pulsars）的发现=>崩溃的核心以几毫秒的周期旋转。角动量守恒=>一些天体上快速脉冲（光学和射电）辐射可以解释成中子星的旋转周期。磁场被放大到~109–1015G.最高是太阳上平均磁场的1012

倍。脉冲/中子星维恩（Wien）位移定律CasAinX-rays中子星表面的温度约1millionK.lmax=3,000,000nm/T[K]

给出最大波长lmax=3nm,对应于X-rays.脉冲/中子星CasAinX-rays

在一定温度下，绝对黑体的与辐射本领最大值相对应的波长λ和绝对温度T的乘积为一常数，即λ（m）T=b（见图片）（微米）。维恩（Wien）位移定律脉冲星周期随着时间流逝，脉冲星不断的损失能量和角动量。=>脉冲星的旋转逐渐变慢。脉冲星的灯塔模型一颗脉冲星磁场偶极结构,就像地球一样。辐射发射主要沿磁极。脉冲星和其他中子星帆船座脉冲星正穿过星际空间。蟹状星云脉冲星蟹状星云脉冲星公元1054观测到的超新星的遗迹。脉冲星风+喷流蟹状星云脉冲星(2)可见光图像X射线图像蟹状星云脉冲星的光变毫秒中子星的自行一些中子星在星际空间中移动迅速。这可能是超新星爆炸形成中子星时各向异性造成的结果。双脉冲星一些脉冲星会和其他中子星（或黑洞）结成对。脉冲星远离地球时其轨道运动所引起的径向速度会延长脉冲星周期……当脉冲星靠近地球时会缩短脉冲周期。双星系统中的中子星:X-ray双星Example:HerX-12Msun(F-type)starNeutronstarAccretiondiskmaterialheatstoseveralmillionK=>X-rayemission中子星和吸积盘周期性被蚀Orbitalperiod=

1.7days脉冲星行星有些脉冲星周围有行星。类似脉冲星双星,这可以通过亮度变化发现脉冲星的周期。当行星绕脉冲星转动时它们会引起脉冲星摇摆，导致观测到的脉冲星的周期轻微的变化。中子星——黑洞就像白矮星(钱德拉塞卡极限:1.4Msun),中子星也有一个质量限制:中子星的质量不能超过>3Msun我们知道没有任何一种机制可以阻止质量>3Msun.的致密天体塌缩。它会塌缩成一个简单地点-奇点:=>一个黑洞!类星体（Qusar）类星体，又称为似星体、魁霎或类星射电源，与脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子一道并称为1960年代天文学“四大发现”。

1960年天文学家们发现了射电源3C48的光学对应体是一个视星等为16等的恒星状天体，周围有很暗的星云状物质。令人不解的是光谱中有几条完全陌生的谱线。1962年，又发现了在射电源3C273的位置上有一颗13等的“恒星”。使天文学家同样困惑的是其光谱中的谱线也不寻常。--------类星电波源类星体的发现

1963年，年青的荷兰天文学家M.Schmit认出了3C273谱线的真面目，原来它们是氢原子的谱线，只不过经历了很大的红移，使得谱线不易证认。循着红移这条线索，再去分析3C48的光谱，得出它的红移量还要更大。

1965年A.Sandage发现许多类星体，它们的光学性质和类星电波源相同；都有紧密的结构，极亮的表面及蓝的颜色；但它们却没有辐射无线电波（或是太弱了，而没被测到），因此可将它们分为两类：类星电波源QSR’s（quasars）：能用光学及电波段测出，这类比较少，占类星体总数的1/20。类星体QSO's（quasistellarobjects）：电波较弱，只能以光学测出。统称类星体。类星体的命名类星体的命名统一在前面冠以类星体的英文缩写QSO，然后加上类星体在天球上的位置坐标。例如：QSO01335+33。

类星体的显著特点是具有很大的红移，表示它正以飞快的速度在向地球远离。类星体离地球很远，大约在100亿光年以外，可能是目前所发现最遥远的天体，天文学家能看到类星体，是因为它们以光、无线电波或X射线的形式发射出巨大的能量。类星体特点类星体在照相底片上呈现类似恒星的像，即星状的小点。类星体光谱中有许多强而宽的发射线，最常出现的是氢、氧、碳、镁等元素的谱线。类星体发出很强的紫外辐射，因此颜色显得很蓝（被称为蓝星体）。此外，类星体的红外辐射也非常强。类恒星射电源发出强烈的非热射电辐射。射电结构一般呈双源型。类星体一般都有光变。大部分类星体的光度都在几年里发生明显变化。类星体光谱的发射线都有巨大的红移。一些类星体还发出很强的X射线。类星体-特点类星体的本质类星体虽然看上去很像恒星，实际上和恒星有本质的差别。银河系内的恒星除了射电脉冲星外，它们的射电辐射都远远不及类星体。恒星的光谱有红移也有蓝移，类星体的光谱是清一色的红移，而且都非常大。在银河系内没有找到具有类星体特性的天体。

类星体是一种光度极高、距离极远的奇异天体。越来越多的证据显示，类星体实际是一类活动星系核(AGN)。而普遍认可的一种活动星系核模型认为，在星系的核心位置有一个超大质量黑洞，在黑洞的强大引力作用下，附近的尘埃、气体以及一部分恒星物质围绕在黑洞周围，形成了一个高速旋转的巨大的吸积盘。在吸积盘内侧靠近黑洞视界的地方，物质掉入黑洞里，伴随着巨大的能量辐射，形成了物质喷流。而强大的磁场又约束着这些物质喷流，使它们只能够沿着磁轴的方向，通常是与吸积盘平面相垂直的方向高速喷出。如果这些喷流刚好对着观察者，就能观测到类星体。活动星系核说这是几个不同类型的恒星系，每个星系中心都包含一个类星体(HST)能源之谜和速度之谜类星体的光度是整个银河系总光度的100倍，甚至十万倍。银河系的直径达10万光年，而类星体的直径小于4光年。热核反应机制已不能提供。类星体的产能机制是什么？目前仍是一个谜。根据红移可以计算出类星体的速度，最大达到6.28，速度竟达到光速的96%。一个巨大的星体的运动速度能有这么高天文学家无法解释。对类星体巨大的红移尚有多种解释：宇宙学红移，即认为红移是由于类星体的退行产生的，反映了宇宙的膨胀；引力红移，认为是大质量天体的强引力场造成的引力红移；多普勒红移。现在天文学家正在寻找和类星体有物理联系的天体以确定类星体的距离。红移的本质摆脱困境途径之一：非宇宙学红移宇宙学红移把红移看出天体离我们远去造成的，这与宇宙膨胀的观测一致。距离太远，光度特别巨大。不把红移看成是退行所致，就能摆脱困境。星体离我们不那么遥远，光度就小得多了。目前有一些观测证据，但不充分。引力可以产生红移，不足以产生类星体那样大的红移。期待研究出新的产生红移的机制。引力透镜缓解星体能源的困惑这张哈勃照片展示了由一个类星体星系造成的特殊十字型引力透镜现象(HST)。引力透镜原理两个靠得很近得类星体，一模一样，红移、连续光谱、谱线等几乎完全一样。在类星体得近旁有一个红移为0.36的星系。这个星系的引力使它后面的类星体的光偏转，形成两个虚像。引力透镜缓解星体能源的困难引力透镜的观测事实支持类星体红移是宇宙学的结论。引力透镜的发现也大大缓解了类星体能源的困惑。遥远类星体中可能有多达1/3是被引力透镜放大了，其亮度可能增加了10倍甚至100倍。因此类星体的实际亮度可能低得多。解释类星体的能源“黑洞说”类星体是剧烈活动的星系核，星系核中包含一个巨型黑洞。黑洞不断吸食它周围物质，这些被黑洞吸入时，释放引力能，变成可见光、无线电波、X射线、伽马射线等波段的辐射。

要解释观测到得类星体光度，要求类星体包含着30亿分太阳质量的黑洞，这个黑洞每年要吞食100个太阳系的物质。黑洞假说：类星体的中心是一个巨大的黑洞，它不断地吞噬周围的物质，并且辐射出能量。白洞假说：与黑洞一样，白洞同样是广义相对论预言的一类天体。与黑洞不断吞噬物质相反，白洞源源不断的辐射出能量和物质。反物质假说：认为类星体的能量来源于宇宙中的正反物质的湮灭。巨型脉冲星假说：认为类星体是巨型的脉冲星，磁力线的扭结造成能量