第四讲白矮星.中子星和黑洞

第四讲白矮星、中子星和黑洞

致密星——白矮星、中子星和黑洞——是正常星“死亡”时“诞生”的，亦即当它们的大部分核燃料已耗尽时的归宿。

致密星与正常星的差别在于： 1）致密星不再燃烧核燃料，不能靠产生热压力来支持自身的引力塌缩； 2）致密星是尺度非常小的天体，表面引力场很强。

由于致密星的密度涉及高密度很宽的范围，因此全部四种相互作用在致密星中都起重要作用，且要考虑广义相对论。

白矮星在其长时间的冷却过程中由光学望远镜可直接观测到。中子星作为射电脉冲星或X射线脉冲星可用相应的望远镜观测到。黑洞只能通过它对其周围环境的影响而间接地观测分析。

2.白矮星基本特征在H-R图上白矮星位于主序带的左下方

白矮星的形成

白矮星是质量 ~ 8  10M 的主序星的演化产物。在主序星演化为红巨星之后，会将其包层抛出，形成行星状星云，而恒星内部辐射压力不足以抵抗自引力，物质收缩成为一个高密度的电子简并态的碳/氧球。

理论与观测的比较

引力红移：按照广义相对论，在远离引力场的地方观测引力场中的辐射源发射出来的光时，光谱中的谱线向红端移动，波长红移的大小与辐射源和观测者两处的引力势差成正比。

核坍缩形成中子星，超新星爆发

为什么中子星快速自转，并且具有超强磁场？ - 角动量守恒（质量、伸展度和旋转速度） - 磁场放大机制为什么中子星自转轴与磁轴不重合？ - 可能与超新星爆发时，中微子辐射的不对称性有关。

1 2 GMm mc  2 RS

2GM RS  2  2.96( M / M ) c

表

天体的致密程度可以用 RS / R 示。

由

名称

正反粒子对

反粒子

图片来源：Mirabel & Rodriguez 1998

银河系中心黑洞

射电波段

黑洞质量：260万倍的太阳质量

虫洞与时空旅行

虫洞

由黑洞中心奇点延伸有虫洞，连接黑洞与白洞。

虫洞＝时空隧道，连接两时空点

黑洞、虫洞、时空旅行？



能否利用黑洞作时空旅行？不能。因为：黑洞潮汐力太强 (例: 10 M 黑洞的表面重力每米相差107g)

潮汐作用(Tidal effect)

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距离越远，重力越小，因此物体不同部份受到的引力不同例﹕人站在地面，脚所受重力大于头潮汐力﹕ 上下扯开，左右压缩。

潮汐力

虫洞

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 

广义相对论解出虫洞的产生可不依靠黑洞，但只能维持极短的时间。因为需要极大的张力来抵抗重力以保持稳定。量子理论给出极小尺度时空充满虫洞。需要将量子理论与广义相对论统一才能明白。

时空旅行

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通过虫洞实现时空旅行，并不违

反物理定律，但是因果律面临困难。但极难制造大虫洞。

只有基本粒子可作时空旅行?