第6讲白矮星、中子星与黑洞学案.ppt

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 引子一：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。 引子二： 《每月之星》 陶宏（陶行知先生之子）著 1949.1.22 北平停战之日写于北大红楼 对白矮星的描述 对中子星的预言 广义相对论对黑洞的预言 《陶行知文集》 陶行知先生 上知天文 下知地理 中晓人和 全心致力于平民教育事业， 不愧为伟大的教育家 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》 暗星 “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 英国人托马斯﹒杨（Thomas Young）是历史上有名的神童、才子，2岁就能读书，4岁时将《圣经》通读了2遍，他14岁时已通晓拉丁、希腊、法、意、希伯来、波斯和阿拉伯等多种语言，还会演奏多种乐器。他在物理、化学、生物、医学、天文、哲学、语言、考古等领域都有贡献。托马斯﹒杨先当医生，研究视觉，发现了眼睛散光的原因，转而研究光学，完成了光的双缝干涉实验。他认识到光是横波，并提出了颜色的三色原理。次后他又破译了埃及的拉希德石碑上的一些文字，对考古学做出了重大贡献。法国人商博良（另一位神童）在此基础上进一步努力，终于完全破译了碑上的文字，奠定了研究故埃及文字的历史学基础。 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 恒星的演化赫罗图 （赫茨普龙-罗素） 恒星的演化赫罗图 光谱型：O,B,A,F,G,K,M Oh, be a fine girl, kiss me! 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 超新星爆发 恒星的演化 全部炸飞 恒星密度与半径的比较 半径 密度 太阳 70万千米 1.4克/cm3 白矮星 1万千米 1吨/cm3 中子星 10千米 1~10亿吨/cm3 黑洞 3千米 100亿吨/cm3 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。 举长矢兮射天狼,操余弧兮反沦降——屈原 会挽雕弓如满月,西北望,射天狼——苏东坡 唐宋八大家 韩 愈，柳宗元。 欧阳修 苏 洵， 苏 轼，苏 辙 王安石 曾 巩 后汉书. 范滂传 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。 牛郎星距地球16.5光年， 织女星距地球26.3光年， 牛郎距织女16光年。 1834年发现，天狼星位置有周期变化，28年后发现伴星， ~2.5吨/cm3 白矮星，2万度 （2）白矮星的形成