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10黑洞类星体new.ppt

1、 现代天文学十五讲第十讲 黑洞和类星体 北京大学天文系吴鑫基作业和小论文1,小论文在 5月底 6月初交2,第 3次作业最迟在考试前 1周交第九讲、第十一讲、第十二讲外加一个题目对现代天文学课程和教材的意见(优缺点、改进建议、教材中的问题)一,黑洞概念的提出二, 黑洞的性质和类型三,霍金的量子黑洞四,寻找黑洞五,谜一样的天体类星体六,类星体的挑战(本讲不要求,仅提要式的介绍) 黑洞和类星体是两种不同性质的天体 ,但都是对宇宙演化有举足轻重地位的天体。 黑洞是理论研究的产物,当今已越来越多地与天体物理前沿领域众多的热点课题相关联,并到了搜寻黑洞阶段。 类星体是迄今为止观测到的最明亮、最遥远、最古老

2、的天体。它的能量来源、特大红移和 “超光速 ”现象成为争论的焦点。要点1,第二宇宙速度 (逃逸速度 )根据动能 (mv2/2)引力势能 (GMm/R)导出地球上的逃逸速度为 11.2千米 /秒。R愈小, M愈大,逃逸速度愈大; 当某天体的逃逸速度达到光速,光也不可能离开这个天体,形成黑洞。如果地球半径压缩到只有 0.9厘米时,逃逸速度就超过光速。一, 黑洞概念的提出2,黑洞的预言 1795年拉普拉斯预言黑洞的存在: “ 一个密度和地球一样而直径为太阳的 250倍的发光恒星,由于引力的作用,它将不允许任何光线离开它,不能被我们看见。 ”称这种天体为 “ 黑暗的一团 ” 。 1783年英国牧师、地

3、质学家约翰 米歇尔还早于拉普拉斯提出几乎一样的看法。广义相对论的概念 研究相对作加速运动的参考系情况 基本经验根据:引力质量( F=GMm/r2)和 惯性质量( F=ma) 的等同性失重和超重现象 广义相对论爱因斯坦场方程 大质量物体(天体)将引起其附近的时空弯曲;3,广义相对论关于黑洞的概念 广义相对论里没有逃逸速度这个概念,而是引力场使时空弯曲 。 在弯曲空间,如球面,两点之间最短的距离曲线,大圆的一部分。 月球绕地球运转是因为地球的质量扭曲了附近的时空,使月球绕地球运转,就如火车沿铁轨运行一样,当铁轨变弯曲后,火车自然沿弯曲的铁轨运行。 质量一定的恒星,当其半径越小,对周围时空弯曲作用越大,半径小到一定程度后,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。二,黑洞的性质和类型1,史瓦西黑洞 最简单的黑洞,不旋转,不带电 ,仅有有质量参数,称为史瓦西黑洞或球形黑洞。 垂直于表面发射的光都被捕获处的半径,表示黑洞的半径 算出:太阳的史瓦西半径为 3千米,地球仅为0.9厘米。与由牛顿力学推导出的公式所给出的估计是一致的。2,视界 :史瓦西半径是黑洞的边界。 物质(包括光)一旦落入视界之内,就再也不能逃出视界。3,中心奇点 :黑洞除中心有物质以外,其它地方空无一物,中心点的物质密度、引力都是无穷大,故称奇点。

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