天体物理学课件10黑洞(4)
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第九章 黑洞
§9.1 相对论简介 §9.2 Schwarzschild 黑洞 §9.3 其他类型的黑洞，黑洞转动能的提取 §9.4 黑洞的量子效应 §9.5 黑洞的观察证认
2020/7/7
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2020/7/7
2020/7/7
2020/7/7
1915年，Einstein发表广义相对论 (general relativity)
Universe vanishes as he crosses the horizon
Gets shredded by strong tides near the singularity and crushed to2i0n20f/7i/n7 ite density.
Sees one last laser flash after a long delay; flash is faint and at long radio wavelengths
his watch
apart
The outside world looks distorted
Flashes are shifted to radio wavelengths and are getting fainter with each flash.
Down the hole...
Jack:
Jill:
dE/dt
当M=1 M⊙, t＝1067 yr； 当M=1015 g, t＝1010 yr （小黑洞已经蒸发）
5. 黑洞的观测证据
• 恒星级黑洞 途径：搜寻质量超过中子星质量上限（~2-3 M⊙） 的致密星。 确定致密天体性质：X射线辐射、时变 确定致密天体质量：双星轨道运动 X射线双星
黑洞候选天体Cygnus X-1
Never sees the next flash…
2020/7/7
2020/7/7
2020/7/7
3. Kerr 时空
2020/7/7
2020/7/7
4. 黑洞的量子效应
2020/7/7
2020/7/7
2020/7/7
2020/7/7
2020/7/7
黑洞的蒸发的总结
真空 正负(虚)粒子对 负粒子被吸收 → 黑洞质量减小 正粒子逃逸 → 带走能量 黑洞能损率→黑洞寿命 t E M3
Each flash takes longer to arrive, and is redder and fainter than the one before it.
Near the Event Horizon...
Байду номын сангаас
Jack Sees:
Jill Sees:
Laser flashes blue every second by Laser flashes come ~1 hour
• 强X射线源 • X射线辐射光变时标~1 ms
→ 辐射天体尺度 <108 cm →中子星或黑洞
• 光学伴星HDE226868
O9.7Iab型超巨星
• 光学观测
→轨道周期5.6天，光谱Doppler 位移
→视向速度曲线
→质量函数
Po2rK bGo3ptf(MX)M (1Xsqi)32ni=0.25M⊙
• MOpt > 9M⊙ →MBH > 2.9M⊙ • 光谱拟合
→MOpt =17.8M⊙, MBH =10.1M⊙ →Cygnus X-1必定是黑洞！
• 星系级黑洞
M~106- 109 M⊙ 通常位于星系核心
• Intermediate-Mass Black Holes?
Chandra X-ray Observatory has found new populations of suspected mid-mass black holes in several starburst galaxies, where stars form and explode at an unusually high rate.
From Jack's point of view:
Sees the ship getting further away.
Flashes the laser every second by his watch.
Sees a blue beam leave the 2020/7l/7aser.
From Jill's point of view:
天体的致密程度可以用Rs /R表示。
天体 太阳 白矮星 中子星
Rs /R 10-5.4 10-4
10-1
黑洞 1
• 在越致密的天体附近，光线弯曲的程度越大。
2. Schwarzschild黑洞的基本性质
2020/7/7
• 时间延迟 在黑洞附近的时钟比远处的时钟走得慢。 在视界处的时钟看上去完全停止。
物质 引力源 时空弯曲 (curved space)
引力场强弱 时空弯曲程度
例如：地球绕太阳运转可以认为是它沿着太阳周围四维时
空中的测地线运动。
• 黑洞周围的时空弯曲程度最大
• 引力半径（gravitational radius）
在引力半径Rg内的光子无法逃逸。 对Schwarzschild黑洞（不转黑洞），Rg = Rs （Schwarzschild半径） 12m2cGRsM mRs 2G c2 M= 3 km (M/M⊙)
§9.1 相对论简介 §9.2 Schwarzschild 黑洞 §9.3 其他类型的黑洞，黑洞转动能的提取 §9.4 黑洞的量子效应 §9.5 黑洞的观察证认
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1915年，Einstein发表广义相对论 (general relativity)
Universe vanishes as he crosses the horizon
Gets shredded by strong tides near the singularity and crushed to2i0n20f/7i/n7 ite density.
Sees one last laser flash after a long delay; flash is faint and at long radio wavelengths
his watch
apart
The outside world looks distorted
Flashes are shifted to radio wavelengths and are getting fainter with each flash.
Down the hole...
Jack:
Jill:
dE/dt
当M=1 M⊙, t＝1067 yr； 当M=1015 g, t＝1010 yr （小黑洞已经蒸发）
5. 黑洞的观测证据
• 恒星级黑洞 途径：搜寻质量超过中子星质量上限（~2-3 M⊙） 的致密星。 确定致密天体性质：X射线辐射、时变 确定致密天体质量：双星轨道运动 X射线双星
黑洞候选天体Cygnus X-1
Never sees the next flash…
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3. Kerr 时空
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4. 黑洞的量子效应
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黑洞的蒸发的总结
真空 正负(虚)粒子对 负粒子被吸收 → 黑洞质量减小 正粒子逃逸 → 带走能量 黑洞能损率→黑洞寿命 t E M3
Each flash takes longer to arrive, and is redder and fainter than the one before it.
Near the Event Horizon...
Байду номын сангаас
Jack Sees:
Jill Sees:
Laser flashes blue every second by Laser flashes come ~1 hour
• 强X射线源 • X射线辐射光变时标~1 ms
→ 辐射天体尺度 <108 cm →中子星或黑洞
• 光学伴星HDE226868
O9.7Iab型超巨星
• 光学观测
→轨道周期5.6天，光谱Doppler 位移
→视向速度曲线
→质量函数
Po2rK bGo3ptf(MX)M (1Xsqi)32ni=0.25M⊙
• MOpt > 9M⊙ →MBH > 2.9M⊙ • 光谱拟合
→MOpt =17.8M⊙, MBH =10.1M⊙ →Cygnus X-1必定是黑洞！
• 星系级黑洞
M~106- 109 M⊙ 通常位于星系核心
• Intermediate-Mass Black Holes?
Chandra X-ray Observatory has found new populations of suspected mid-mass black holes in several starburst galaxies, where stars form and explode at an unusually high rate.
From Jack's point of view:
Sees the ship getting further away.
Flashes the laser every second by his watch.
Sees a blue beam leave the 2020/7l/7aser.
From Jill's point of view:
天体的致密程度可以用Rs /R表示。
天体 太阳 白矮星 中子星
Rs /R 10-5.4 10-4
10-1
黑洞 1
• 在越致密的天体附近，光线弯曲的程度越大。
2. Schwarzschild黑洞的基本性质
2020/7/7
• 时间延迟 在黑洞附近的时钟比远处的时钟走得慢。 在视界处的时钟看上去完全停止。
物质 引力源 时空弯曲 (curved space)
引力场强弱 时空弯曲程度
例如：地球绕太阳运转可以认为是它沿着太阳周围四维时
空中的测地线运动。
• 黑洞周围的时空弯曲程度最大
• 引力半径（gravitational radius）
在引力半径Rg内的光子无法逃逸。 对Schwarzschild黑洞（不转黑洞），Rg = Rs （Schwarzschild半径） 12m2cGRsM mRs 2G c2 M= 3 km (M/M⊙)