清華大學天文學導論-7大質(zhì)量恒星的演化

1、天文學導論,第7講大質(zhì)量恒星演化,It does not do to leave a live dragonout of your calculations,if you live near him.J.R.R. Tolkien (1892-1973)THE HOBBIT,本講內(nèi)容,大質(zhì)量恒星的主序后演化 超新星與超新星遺跡 元素合成 中子星/脈沖星黑洞（恒星級）X射線雙星伽馬射線暴,1。 大質(zhì)量恒星的演化,大質(zhì)量

2、(>3[8]Msun)恒星與小質(zhì)量恒星大相徑庭：光度可達太陽的數(shù)千甚至數(shù)百萬倍在短時間內(nèi)消耗巨額核燃料，主序壽命顯著變短不同的演化和歸宿仍然受相同的物理規(guī)律支配，即引力和壓力的平衡, 以及決定這種平衡的核反應率,主序階段H燃燒：CNO循環(huán),凈反應:12C + 41H + 2e- ? 12C + 4He + 2v + 7γ大質(zhì)量恒星主序階段，在H聚變?yōu)镠e的反應中，C僅作為一種催化劑N和O只是中間反應產(chǎn)物,兩類

3、H聚變：溫度的函數(shù),質(zhì)子鏈和 CNO 循環(huán)這兩種反應的產(chǎn)能率是溫度（質(zhì)量）的函數(shù)M > 1.5 Msun （T>1.8 千萬K）主序恒星，兩類H聚變都在發(fā)生，但CNO循環(huán)遠比質(zhì)子鏈有效M < 1.5 Msun （T<1.8 千萬K）主序恒星，質(zhì)子鏈產(chǎn)生大部分能量,對流核：化學成分均勻,大的溫度梯度使得大質(zhì)量恒星的核心區(qū)處于對流狀態(tài) ? 物質(zhì)融合?當H燃燒時，核心區(qū)He均勻增長 ? 化學成分在核心區(qū)演化時保持

4、均勻分布（但H/He之比在變小）小質(zhì)量恒星：核心區(qū)He豐度由內(nèi)向外減小,25倍太陽質(zhì)量恒星,非簡并核,當核心區(qū)的H燒完 （主序階段結束） ，早在電子簡并發(fā)生前，由于坍縮，中心核的溫度已達到 He 燃燒的108 K ?He核質(zhì)量連續(xù)增長，但不形成簡并He核 ? 在H-R圖上，沒有加速攀升的 RGB 和 AGB 階段無氦閃，從 H 燃燒到 He 燃燒的轉(zhuǎn)換相當平穩(wěn)恒星結構的調(diào)整發(fā)生在恒星內(nèi)部 ? 光度變化很小,氦燃燒,離開主序時，大

5、質(zhì)量恒星開始膨脹，因而其表面溫度下降，所以在H-R圖上幾乎水平向右運動其結構類似于小質(zhì)量HB星： He核燃燒 + H殼層燃燒 + …,碳燃燒,當核心He枯竭 ? C 核坍縮（不簡并） ? 溫度上升到T >= 8x108 K ? C 開始燃燒C燃燒產(chǎn)生大量重元素：鈉、氖、鎂結構：C核燃燒 + He殼層燃燒 + H殼層燃燒 + …,©,重元素依次燃燒!,當核心C枯竭 ?氖Ne燃燒

6、+ C、He、H殼層燃燒 + …當氖枯竭 ? 氧燃燒 + Ne、C、He、H殼層燃燒 + …當氧枯竭 ? …,©,,,脈動變星 Pulsating variable stars,主序恒星是穩(wěn)定的但主序后恒星并非如此，周期性交替變大變小，視為脈動變星造父變星（Cepheid variables）：最高質(zhì)量最亮的脈動變星原型：Delta Cepheid周光關系：測量鄰近星系的距離天琴座RR星變星 （RR Lyrae

7、variables）：不穩(wěn)定的HB星（小質(zhì)量恒星）,造父變星,,大質(zhì)量恒星有高速星風（輻射壓）,Eta Carinae （船底座7）M = 100MsunL = 5x106LsunHST：拋射的塵埃云在膨脹恒星基本被周圍塵埃遮擋目前質(zhì)量丟失率: 10-3Msun/年19世紀(第二亮恒星)噴發(fā)：0.1Msun/年；2Msun in 20年? 超新星,Fe 是熱核聚變所能合成的最重元素,結合能：把原子核分開

8、所需的能量。不同原子核的結合能不同燃燒必須釋放能量：靜能量 = 產(chǎn)物結合能 – 反應物結合能,Fe原子核的結合能最大 ? 鐵不會燃燒,重元素燃燒：高核反應率,結合能的不同 ? 最有效的熱核反應是 H?He （0.7%） （He?C 的能量轉(zhuǎn)換效率只有 H?He 的1/10，……） ?為了平衡引力，低能量轉(zhuǎn)換效率的燃燒，單位時間必須消耗更多的燃料而且，H 和 He燃燒時，能量以較慢的輻射/對流方式向外傳輸。但C、O、 …燃燒時，大量能

9、量則以快速的中微子冷卻方式向外傳輸 ? 恒星向內(nèi)收縮 ? 增加內(nèi)部的密度和溫度 ? 更劇烈的反應率,核燃燒持續(xù)時間快速減少,對 9 M⊙ 恒星：H燃燒 持續(xù)時間 2千萬年He燃燒 持續(xù)時間 2百萬年C燃燒 持續(xù)時間 380年Ne燃燒 持續(xù)時間 1.1年O燃燒 持續(xù)時間 8月Si 燃燒 持續(xù)時間 4天Si 燃燒的能量釋放率是He

10、燃燒的約2億倍！但光度可能僅增加少許（中微子冷卻）,鐵核開始坍縮,大質(zhì)量恒星中心的Fe核開始坍縮 ?Fe核的密度、溫度和引力飛速上升 ?電子簡并壓也不能支持引力 ? Fe核繼續(xù)坍縮到 T >= 1010 K，密度 > 10噸/cm3 10 倍電子簡并支持的白矮星的密度,鐵核加速坍縮,熱伽馬射線光子 ? 光致離解 Fe 原子核 ? 消耗中心核的巨額熱能 ? 加速Fe核坍縮,鐵核加速坍縮,巨大的核密度 ? e-+p ?

11、 n+v 也消耗巨額熱能 ? 加速Fe核坍縮,鐵核加速坍縮,中微子繼續(xù)帶走能量 ? 加速Fe核坍縮這些過程發(fā)生時間僅需大約1秒！Fe核坍縮加速到 70,000km/s ( ~1/4 光速)!,II型（核坍縮）超新星爆發(fā) Type II supernova,當ρcore = ρ原子核，強核力變?yōu)槌饬?，核坍縮停止 ? 下落物質(zhì)造成反彈激波向外傳播…在極端條件下，約1/5 核物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹形⒆?1秒鐘內(nèi))。由于高密度，一小部分

12、中微子被滯留在激波后? 在核的周圍形成一個氣泡(極端熾熱氣體和強烈輻射） ? 氣泡的壓力增加了向外運動激波的強度在約1分鐘后激波到達He殼層, 1小時到達并加熱恒星表面(T=500,000K) ? 以約30,000km/s 拋射殼層物質(zhì) ? 演化后的大質(zhì)量恒星以II 型超新星爆炸 （合成比鐵重的元素）? 核以中子星（或黑洞）的形式遺留下來,,,特大質(zhì)量恒星的演化：Ib/Ic型超新星,特大質(zhì)量（特高光度）恒星通常有伴隨強烈的高速星風，如

13、沃爾夫-拉葉(WR)星星風引起很高的質(zhì)量損失率： ～10-6-10-4 M⊙ yr-1 ? Ib/Ic型（核坍縮）超新星爆發(fā) → 中子星/黑洞,Nebula M1-67 around star WR124,不同質(zhì)量恒星的演化結局,2。超新星與超新星遺跡,《后漢書-天文志》關于公元185年半人馬座超新星的歷史記載是目前世界上最早的超新星記錄,歷史上的超新星,超新星的命名,SN+年份+A, B, …., Z 例如 SN 1987A

14、SN+年份 + aa, ab,…az； ba,…bz；……，za,…zz 例如 SN 1998bu目前，每年發(fā)現(xiàn)大約數(shù)千顆,超新星的主要特征,光度： L～107-1010 L⊙ 爆發(fā)能 E～1047-1052 ergs（其中中微子占99%，動能占 1% ，可見光輻射占 0.01%）膨脹速度 v～103-104 kms-1 產(chǎn)物：膨脹氣殼（超新星遺跡）+ 致密天體（中子星[脈沖星]或黑洞）Ia型無致密殘骸,超新星對我們意義

15、重大,正是超新星的拋射物（重元素，沖擊波）加熱星際介質(zhì)和推動星云 ? 觸發(fā)新一代恒星的形成 ? 太陽 + 地球 + 人類威脅地球的定時炸彈！?,超新星的觀測分類,由譜線特征分類：I型(Ia, Ib/Ic)：無H線II型：有H線光變曲線不同Ia型：彼此非常相似II型：彼此相差很大,超新星的爆發(fā)機制,Ia（熱核）超新星：小質(zhì)量雙星系統(tǒng)中吸積白矮星的C（He，O）爆燃Ib/Ic, II型（核坍縮）超新星：大質(zhì)量恒星的核坍縮,超

16、新星1987A SN 1987A（II型）,1987.2.23爆發(fā)于銀河系的一個小的伴星系大麥哲倫云中( 距離160,000光年，靠近南天極) 望眼鏡發(fā)明（~400年）以來第一顆肉眼發(fā)現(xiàn)的超新星,,前身星：Sanduleak B3 I 蘭超巨星：M~20M⊙L~105L⊙T~16,000K,R~40R⊙,SN1987A：光變曲線,自初閃100天連續(xù)增量到最亮約3等星然后快速變暗,SN1987A的中微子探測,超新星爆發(fā)的大

17、部分能量被中微子帶走→ 中微子輻射能5×1053 ergs→ 輻射5×1058個中微子→ 爆發(fā)前20小時中微子流量5×1014 m－2,在爆發(fā)前1.8-3小時，日本神岡II和美國IMB的探測儀測量到19個中微子（爆發(fā)）,2002諾貝爾物理學獎（一半）,超新星遺跡 Supernova Remnants（SNR）,超新星爆發(fā)所拋出的大量物質(zhì)在向外運動膨脹過程中與星際物質(zhì)和磁場相互作用而形成的氣體星云是強

18、射電輻射和高能輻射源（同步加速輻射，激波加熱）年齡 =< ~ 105 年,1987A的遺留物：環(huán)狀星云,HST觀測到的環(huán)繞SN1987A的氣體的三環(huán)結構中心小亮點即為超新星的放射性遺跡（致密天體）,The two bright stars are not part of the system -- they just happen to lie in the same direction.,內(nèi)環(huán)的演化,超新星1054、蟹狀星云

19、和脈沖星,1054年，中國宋朝，金牛座客星 (guest star)白天可見三周，很亮三個月典型的 II型超新星目前：一個膨脹的遺跡星云（即著名的蟹狀星云）+ 中心一個脈沖星全波段強輻射，且無明顯變化各個波段的標準源,,,核坍縮超新星遺跡。星云中心的脈沖星噴出粒子，使周圍氣體發(fā)光（藍色）,,大質(zhì)量恒星瓦解后釋放出的氫和氦描繪出星云外部的纖維狀結構,蟹狀星云 The Crab nebula,,地面光學,HST,X射線(Chand

20、ra),第谷Ia型超新星,1572年，第谷發(fā)現(xiàn)的一顆熱核爆炸超新星最亮視星等：-4,第谷Ia型超新星遺跡,遺跡中包含了硅、鐵和其它在X射線波段發(fā)光的重元素（綠色和紅色）激波波前（藍色薄層）正以7500千米/秒的速度向外膨脹中心無致密天體,天鵝圈/面紗星云,年齡約2000年的超新星爆炸的遺跡距離~ 2,500光年,遺跡中心高溫氣體(T~百萬K) 的 X射線輻射,沖擊波撞擊星際云的輻射（藍為氧，紅為硫，綠為氫）,銀河系宇宙線：世紀

21、謎團水落石出,星際氣體原子核被超新星沖擊波多次加速到接近光速,IC 443,W44,Victor Francis Hess(1883-1964) (1936),1912,3。恒星演化、超新星爆發(fā)與元素合成,宇宙元素豐度 Cosmic Abundance：各元素在宇宙中的相對含量,宇宙原初元素(primordial elements),宇宙原初元素：宇宙大爆炸后的早期只合成了最輕的元素（宇宙大爆炸核合成）：H, He 和一些微量的元素

22、 Li, Be, B絕對沒有C、O、……宇宙中的各種元素是如何形成的？,恒星演化與元素的核合成,大部分元素形成于恒星內(nèi)部的核合成，超新星爆發(fā)把新形成的重元素從恒星內(nèi)部噴射到星際空間,中子的產(chǎn)生與中子俘獲反應,比Fe更重的元素是如何形成的？大量中子形成于：恒星演化的內(nèi)部核反應（慢過程）超新星爆發(fā)時（快過程）中子是電中性 ? 被原子核俘獲 ? 衰變?yōu)橘|(zhì)子，此過程稱為中子俘獲反應,比Fe峰更重元素的形成,比Fe峰元素更重元素通

23、過中子俘獲反應形成 中子俘獲： (Z, A) + n → (Z, A+1) + γβ衰變： (Z, A+1) → (Z+1, A+1) + e－+,e.g., 56Fe + n→57Fe+ n →58Fe + n → 59Fe →59Co + n → 60Co → 60Ni,宇宙中的26Al 的1.8 MeV輻射,26Al 僅產(chǎn)生于超新星爆發(fā)26Al ? 26Mg + 伽馬射線：半衰期很短（一百萬年）? 示蹤最近的超新星爆

24、發(fā)和恒星形成太陽系行星際 26Al ? 太陽系很可能沐浴在相當近期的一次鄰近的超新星爆發(fā)的噴射物中，對地球生命可能產(chǎn)生過重大影響,恒星的周而復始,,4。中子星 Neutron Star (NS),如果核燃料耗盡的恒星殘留（Fe）核的質(zhì)量超過 Chandrasekhar 極限質(zhì)量，即使坍縮到白矮星的體積，簡并電子壓力仍不足以抗衡引力，星體繼續(xù)坍縮，密度越來越高 ……當電子速度接近光速，發(fā)生質(zhì)子變中子的逆β衰變：電子數(shù)減少→電子

25、簡并壓降低→加速核心坍縮,主要由中子構成的穩(wěn)定星稱為中子星,中子 → 靜電斥力喪失 → 加速核心坍縮中子數(shù)增加 → （Fe）原子核結合能降低 → 原子核易分裂當ρn= 4×1011 gcm-3, 中子從（Fe）原子核中滴出當ρn= 1014 gcm-3, （Fe）原子核完全瓦解，形成中子海洋星體物質(zhì)幾乎全為中子，且簡并，中子簡并壓可以抗衡引力，形成新的穩(wěn)定物態(tài)，即中子星,中子星的形成機制,大質(zhì)量(>~10 M⊙

26、 )恒星內(nèi)部的核反應過程在恒星中心形成Fe核,II 型超新星爆發(fā)，F(xiàn)e核坍縮形成中子星，觀測為脈沖星,中子星可以看成一個巨原子核,由~1057 個核子構成，特征質(zhì)量 M ~ 1.4 M⊙中子處于簡并狀態(tài)，在中子星內(nèi)部支撐星體與引力抗衡的是中子簡并壓力中子質(zhì)量是電子的~1840倍，更高密度才簡并，中子星半徑比白矮星小得多，特征半徑~10 km，密度比白矮星大得多（~10 億倍）與一般恒星相比，中子星的溫度很高,中子星的質(zhì)量上限,質(zhì)量

27、-半徑關系：中子星質(zhì)量越大，半徑越小中子星也應有一個質(zhì)量上限。但由于不了解極高密度的物態(tài)，所以質(zhì)量的理論上限不確定，估計為～3 M⊙ （奧本海默Oppenheimer極限質(zhì)量）3Msun > M（中子星質(zhì)量） > ~1.4Msun,中子星的結構,106 gcm-3 4×1011gcm-3 2 × 1014gcm- 3 1015gcm-3,,,,,表層大氣 ~cm（沒顯示）外殼

28、~0.3 km, 固態(tài)金屬（Fe, e－）內(nèi)殼 ~0.6 km, 原子核、游離中子、電子 內(nèi)部：超流中子和超導質(zhì)子核心: 超子/奇異物質(zhì)？（夸克）,中子星密度：~10億噸/立方厘米!,脈沖星 Pulsars,1967年劍橋大學穆拉德射電天文臺研究生Jocelyn Bell （貝爾）利用 A. Hewish（休伊什）領導研制的射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)了第一顆射電脈沖星PSR 1919+21 PSR：Pulsating Source of R

29、adio脈沖周期 P＝1.3373 秒,,,Hewish was awarded Nobel Prize in Physics 1974,“ 小綠人”（如今成為宇宙探索的重要對象）,貝爾又找到3個脈沖星，脈沖周期都是1秒左右任何已知天體的輻射都不會是這樣的短周期脈沖。這個脈沖信號強弱變化，很像電報休伊什提出可能是在太陽系外圍繞恒星作軌道運動的行星上的“ 小綠人”發(fā)出的信號曾給新發(fā)現(xiàn)的脈沖星取名為：小綠人（LGM）1、2、3、4

30、號,貝爾在回顧脈沖星的發(fā)現(xiàn)時如是說：,“ 我在搞一項新技術以取得博士學位，可一幫傻呼呼的小綠人卻選擇了我的天線和我的頻率來同我們通訊，但很快斷定射電脈沖不是外星人的信號，而是來自特殊天體?！焙髞矸Q作“脈沖星”貝爾并沒有和其導師一起獲得1974年諾貝爾物理學獎！,脈沖星模型：傾斜的自轉(zhuǎn)磁中子星,中子星有很強的磁場，磁軸與自轉(zhuǎn)軸傾斜，沿著磁軸發(fā)射的輻射束隨著中子星自轉(zhuǎn)，就像燈塔的光束掃射那樣，當它掃過地球方向時，就觀測到一個脈沖（196

31、8年T.Gold）。中子星每自轉(zhuǎn)一周，輻射束掃過地球一次，因此脈沖周期就是中子星的自轉(zhuǎn)周期,其它波段輻射也脈沖,又發(fā)現(xiàn)射電脈沖星的光學、X射線和伽馬射線脈沖，脈沖周期一致,1968年發(fā)現(xiàn)位于船帆座超新星遺跡中的脈沖星PSR 0833-45和蟹狀星云中的脈沖星PSR 0531+21，射電脈沖周期分別為89 ms和33 ms,Crab pulsar off and on,Vela pulsar,,脈沖周期的基本特征,脈沖周期（0.03-4.

32、3秒）穩(wěn)定（像銫原子鐘）。脈沖持續(xù)時間：0.001-0.05秒脈沖周期隨時間緩慢增長（如Crab PSR0531+21: 3.6x10-8 s/day）?自轉(zhuǎn)越來越慢脈沖越短，射電脈沖星應越年輕?？捎膳c超新星遺跡成協(xié)確定年齡：1054超新星，脈沖星 PSR0531+21年齡958年，很年輕，脈沖周期很短船帆座超新星遺跡年齡約11000年，脈沖星PSR0833-45，也很年輕，脈沖周期也很短,脈沖星雙星,1974年，泰勒(J. T

33、aylor)和赫爾斯(R. Hulse)發(fā)現(xiàn)第一顆雙（中子）星射電脈沖星PSR1913+16軌道周期減?。篸Porb/dt = -7.6 ×10－5 s yr-1，每年軌道減小約3.5米,脈沖星第二個諾貝爾獎,雙中子星繞轉(zhuǎn) → 引力波輻射 → 能量和角動量損失 → 雙星軌道收縮→ 廣義相對論的間接驗證：加速運動質(zhì)量產(chǎn)生引力波 → 1993年泰勒和赫爾斯獲諾貝爾物理學獎,近星時間的累積移動,5。黑洞 Black Hole

34、s (BH),超新星爆發(fā)后，如果恒星剩余質(zhì)量超過 ~3個太陽質(zhì)量(?)，中子簡并壓力也不足以抵抗向內(nèi)的引力這時在已知的物理理論里面，再沒有更強的力足以抗衡引力，恒星殘骸只有不斷坍縮，最終成為一個奇點的黑洞,黑洞的牛頓理解：逃逸速度,黑洞的牛頓理解：逃逸速度,如果一個天體表面逃逸速度大于光速，那么宇宙中包括光在內(nèi)的一切都不能逃離其引力的束縛，這個天體便成為黑洞,2.96×105 cm (M/M⊙) (對太陽~ 3km),黑洞

35、的愛因斯坦理解：時空彎曲,質(zhì)量越大，引力場越強，時空彎曲越強光線在通過大質(zhì)量天體附近時不會直線行進,黑洞的愛因斯坦理解：時空彎曲,一個天體越坍縮，其表面附近的時空就越彎曲，則光線彎曲程度也越大。當坍縮到光線因時空彎曲而無法逃逸時就成為黑洞。而遠處時空不受任何影響,正常恒星“坍縮”為黑洞,黑洞周圍的時空彎曲最大,黑洞是彎曲時空的一個奇點 (1/R) ，它是一個無限深的引力勢井,黑洞的奇點,“黑洞中心”稱為奇點：零半徑，無限大密度？更

36、精確的表述： 因為支持奇點的物理定律未知，不知道那里在發(fā)生著什么，科學在那里崩潰！奇點: 裸? 不裸?不裸: 被一個事件視界包裹則為黑洞,視界 Event horizon,距離黑洞越近，逃逸速度（時空彎曲）越大逃逸速度=光速（光線“環(huán)繞”）的球面稱為視界：在視界內(nèi)的任何信息（物質(zhì)和光）無法向外傳遞,視界的性質(zhì),黑洞的視界把其周圍的時空分為兩部分，物質(zhì)和輻射能從視界外進入其內(nèi)，但不能反過來黑洞的視界是絕對的，它是時空的分界線，

37、與觀測者無關黑洞的視界把所有的事件分為兩類：在視界以外，可用光信號相互聯(lián)系；而在視界以內(nèi)，光線都朝中心會聚視界就是事件能被探知的極限,黑洞“半徑”：視界的大小,視界是有去無返的分界線，其大小與黑洞的質(zhì)量成正比不轉(zhuǎn)的電中性的黑洞稱為史瓦西Schwarzschild黑洞，其視界的大小=引力半徑，稱為史瓦西半徑：,1 Msun BH: ~3km1 MEarth BH: ~1cm,旋轉(zhuǎn)黑洞,旋轉(zhuǎn)黑洞又稱為克爾(Kerr)黑洞，與靜止黑洞

38、很不同旋轉(zhuǎn)黑洞有內(nèi)外兩個視界，它們之間的區(qū)域稱為能層 ergosphere能層內(nèi)的物質(zhì)會被黑洞自轉(zhuǎn)所帶動，但能逃離黑洞；內(nèi)視界內(nèi)的一切無法逃出,靜界,黑洞無毛發(fā)定理 No Hair Theorem,任何物體都有復雜性：恒星的質(zhì)量、光度、大小、密度、磁場、化學成份黑洞是最簡單的統(tǒng)一的整體，黑洞幾乎不保持形成它的物質(zhì)所具有的任何復雜性質(zhì)（一旦進入視界，信息全無），談論黑洞內(nèi)物質(zhì)的特性毫無疑義黑洞保持的物理參數(shù)只有質(zhì)

39、量、角動量和電荷，即可描述黑洞的全部特征，即無毛發(fā)定理 (“三毛定理”),黑洞（霍金）輻射（蒸發(fā)）,量子力學：真空中的能量漲落產(chǎn)生正反（虛）粒子對如果在視界附近，反粒子被吸收，黑洞質(zhì)量減少；正粒子逃逸，帶走能量 ? 黑洞輻射,黑洞不太黑,黑洞輻射具有黑體輻射的一切特征 ? 黑洞視界面的溫度、黑洞的能損率和壽命但輻射很弱到通?？梢院雎? Msun BH, T~2x10-8 K ? 1.6x10-29 瓦黑洞能量蒸發(fā)的能量釋放率與質(zhì)

40、量平方成反比? 壽命與質(zhì)量立方成正比當M = 1 M⊙, 10-20焦耳/年，t＝1067 yr；當M = 1012 g, 6x109焦耳/秒，t＝1010 yr 宇宙極早期形成的小黑洞應已經(jīng)蒸發(fā)掉( LHC? ),霍金“妙語”：“黑洞不存在”,黑洞防火墻悖論/黑洞信息悖論（量子力學/廣義相對論）掉進黑洞里的信息會怎樣？量子力學法則：信息永遠不可能消失黑洞視界能破壞信息？信息通過霍金輻射逃逸出去如同防火墻，視界阻

41、止外面的霍金輻射同內(nèi)部的物質(zhì)在量子層面保持糾纏霍金（灰洞）：視平線-視界線量子效應模糊兩者之間的界限，信息可能逃逸但黑洞還是那么“黑”,黑洞：間接的觀測證據(jù),黑洞輻射幾乎不可能成為“看見”黑洞的有用工具 黑洞通過自身的引力效應間接表明自身的存在兩種系統(tǒng)存在黑洞的強大的間接證據(jù)：X射線雙星系統(tǒng)中的恒星級質(zhì)量黑洞 Stellar black holes （~10 M⊙ ）星系中心的超大質(zhì)量黑洞 Supermassive bla

42、ck hole （SMBH，106 – 109 M⊙）[ 超亮X射線源（ULX）：中等質(zhì)量黑洞（IMBH，103 – 104 M⊙） ？],尋找恒星級黑洞,途徑：搜尋質(zhì)量（遠）超過中子星質(zhì)量上限（~3 M⊙）的致密星確定致密天體性質(zhì)（半徑）：X射線輻射的時變確定致密天體質(zhì)量：雙星軌道運動? X射線雙星,6。X射線雙星 (X-ray binaries),由致密星 (中子星或黑洞)與“恒星”所組成的雙星系統(tǒng)致密星通過吸積伴星

43、物質(zhì)產(chǎn)生X射線輻射吸積盤, T ~ 百萬 K ? 強X射線輻射有時：相對論噴流 ?微類星體（micro-quasar）,黑洞,（類比激變變星）,Father of X-ray Astronomy: Riccardo Giacconi,Pioneering contributions to astrophysics, which have led to the discovery of cosmic X-ray sources ? H

44、alf of the 2002 Nobel physics prize(Half prize to Raymond Davis, Jr. (USA) and Masatoshi Koshiba (Japan): "Pioneering contributions to astrophysics, in particular for the detection of cosmic neutrinos" ),里卡爾多&

45、#183; 賈科尼,主要的空間X射線望遠鏡,Uhuru,Einstein,ROSAT,ASCA,RXTE,BeppoSAX,Chandra,XMM-Newton,SUZAKU 朱雀,吸積是最終能源 吸積物質(zhì)引力勢能→動能→熱能→X射線輻射 其中 為吸積率，R為引力半徑 能量轉(zhuǎn)換效率 （僅與天體的致密程度有關）,X射線

46、輻射機制,黑洞很黑，但它恰恰又是宇宙中最亮的天體,黑洞候選體天鵝座X-1 (Cygnus X-1),第一個也許是證據(jù)最強的是銀河系中的天鵝座X-1 (1972, Uhuru衛(wèi)星) 天鵝座的最亮X射線源是快速變化的X射線輻射變化時標可短到0.01 秒 ? 輻射源的尺度 < 0.01 光秒~3,000 km ? Cyn X-1 中的X射線輻射源的尺度必須小于地球！→中子星或黑洞,霍金賭輸了！,光學伴星HD226868: B0蘭

47、超巨星光學吸收線多普勒位移→ 視向速度曲線 → 軌道周期 ~ 5.6天→ 超巨星 MOpt =17.8M⊙→ HD226868的不可見致密伴星質(zhì)量 MBH =10.1M⊙由于致密而不可能是正常恒星質(zhì)量遠大于中子星質(zhì)量上限Cygnus X-1只能是黑洞!,黑洞候選體 SS 433：微類星體,軌道周期：13天吸積產(chǎn)生相對論噴流(relativistic jets)噴流速度：0.26 c ? 微類星體噴流進動周期：164天

48、致密星：中子星？（黑洞？）,見證（“最年輕的”？）黑洞形成,旋渦星系M100，距離5000萬光年超新星SN 1979C ?一個持續(xù)穩(wěn)定的X射線源（1995-2007）：黑洞吸積超新星爆炸下落物質(zhì)或吸積伴星物質(zhì)（脈沖星（中子星）風云）意義：見證黑洞形成是大質(zhì)量恒星（~20個太陽質(zhì)量？）爆炸坍縮的產(chǎn)物,7。伽馬射線暴Gamma-ray Bursts (GRB),1967年7月2日美國軍事間諜衛(wèi)星（Vela）發(fā)現(xiàn)：不規(guī)則的伽馬射線閃

49、，通常持續(xù)時間幾秒左右，甚至毫秒除宇宙大爆炸外的宇宙中最猛烈的爆炸不再現(xiàn),View of the sky as seen by the Compton Gamma Ray Observatory (CGRO), showing a gamma ray burst.,GRBs的發(fā)動機,極端強烈的爆發(fā)事件：持續(xù)時間短爆發(fā)巨大能量 （有可能對地球上的生命產(chǎn)生過重要影響） GRBs 可能是由快速自轉(zhuǎn)的黑洞的吸積所致:核坍縮（特）超