脉冲星和中子星、黑洞、类星体18页PPT
脉冲星和中子星PPT教学课件
黎曼
Bernhard Riemann (1826-1866)
• 黎曼猜想Riemann hypothesis （1859年）
• zita函数的所有非平凡零点，都位于复平
面上的直线Res=1/2上。
(s)
1
1 2s
1 3s
...
1 ns
...
复平面 Im
无穷多零点
平凡零点: -2, -4, -6, ….
万物皆数
毕达哥拉斯
Pythagoras (ca 560–ca 480 BC)
• 算术基本定理: 《几何原本》
The Fundamental Theorem of Arithmetic
大于1的所有自然数，都可以 表示成有限个素数的乘积，并且 这个表现形式是唯一的。
24 2 2 23 23 欧3几里得
• 数学科学的基本问题
• 巴罗：什么是量？
• 数与量的统一与分离
• 布尔巴基（Bourbaki): 研究对象
• 序次结构 • 代数结构 • 拓扑结构
巴罗
Isaac Barrow (1630-1677)
• 基本问题: 什么是数？
• 数：运算关系的元素 • 自然数、有理数、实数、复数 • 理想、群、环、域、格、流形… • 核心: 素数
0 1/2 1
无零点
Rs
• 素数分布 (x)
(2) 1 (3) 2 (6) 3
• 素数定理
lim (x) 1
x x / ln x
高斯
Karl F. Gauss (1777-1855)
• 1896年证明素数定理
• 当Re(s)=1时， (s) 0
阿达玛 （法国）
Jacques-Salomon Hadamard 1865 - 1963
【天文PPT课件】中子星科普PPT.
• 脉冲星的空间运动速度: 高速运动。
• 大多数: V ≈(200 –500)km/s ; 5个: V >1000km/s • 通常恒星(包括产生中子星的前身星): 20-50 km/s
中子星强磁场和磁星超强磁场的物理原因?
R 2 B const
B(0) 1012 Gauss
中子星的初始本底磁场: 通过超新星核心坍缩过程中，由于磁通量守恒:
高速脉冲星的直接观测证据
Guitar PSR B2224+65
由于脉冲星相对于 Guitar星云 (超音速)运动 而形成的弓形激波 V > 1000 km/sec
(Cordes, Romani and Lundgren 1993)
94颗脉冲(单)星的空间速度
• V (km/s) • • > 100 所占百分比 • • > 100 • > 300 • > 500 • > 1000 • • • 脉冲星数 71 71 36 14 5 3/4 38% 15% 5% 所占百分比 3/4V (km/s) 脉冲星数
• 质量 ≈ (0.2-2.5)M⊙
• 半径 ≈ (10-20) km
• 自转周期 P ≈ 1.4 ms – 8s (己发现的范围) 中子星大气层厚度 ≈ 10 cm • 表面磁场: 1010-1013 Gauss (绝大多数脉冲星) • 磁星: 1014-1015 Gauss • 表面温度:105-106K— 非脉冲(软)x射线热辐射 • 脉冲星同超新星遗迹成协(?) 发现10个
• (B(0)为中子星的初始本底磁场)。天文观测表明:（除AP星以外) 上半主序星表面磁场低于太阳型恒星的表面磁场 (它由光球下面 有表层对流区),低于1-10 gauss。通过坍缩难以获得通常中子星 (1011-1013) gauss的磁场强度与磁星(1014-1015) gauss的磁场强度。
第八章现天课脉冲星.ppt
蟹状星云能源之谜 蟹状星云：射电、光学、X和γ射线辐射。把蟹状星云所
有频率上的辐射加起来，相当于十万个太阳的辐射。一团稀薄 的气体，其能量来自何方？
光学观测发现蟹状星云在膨胀，每年大约0.2角秒左右， 而且膨胀速度在加快。星云膨胀加速度的能量由谁来提供？
同步辐射：高能带电粒子在磁场中运动产生的辐射，高能 电子来自何方？磁场是怎样形成的？
2，脉冲星的发现
休伊什生平 休伊什1924年5月11日出生，中学毕业后进了剑桥大学，
一年之后，成为皇家飞机研究所的成员，不久调到电讯研究 所。战争期间，他参与机载反雷达设备的研究，指导空军人 员使用雷达干扰设备。
1946年第二次世界大战结束后休伊什回到剑桥继续学习， 1948年毕业后被推荐进入卡文迪什实验室工作。1952年获 博士学位后，在卡文迪什实验室成为赖尔的助手。
帕齐尼预言（1967年） 蟹状星云中的一颗中子星，每秒自转多次，具有很强的磁
场，提供蟹状星云所需的能量。
蟹状星云 脉冲星
蟹状星云和其脉冲星的辐射谱
休伊什观测蟹状星云（1965年） 他用行星际闪烁方法测出了蟹状星云中存在一个致密成分，
其角径只有约0.2角秒，亮温度达到1014K。当时他就指出这 个致密成分可能是1054年超新星爆发的遗留物。可惜，他并 没有认识到这个致密源就是中子星。
1967年贝尔和休伊什发现 1974年赫尔斯和泰勒发现 1982年贝克和库尔卡尼发现
脉冲星 脉冲星双星系统 毫秒脉冲星
师生合作的典范 脉冲星的发现 贝尔（博士生） 休伊什教授 脉冲双星的发现 赫尔斯（博士生） 泰勒教授 毫秒脉冲星的发现 库尔卡尼（博士生） 贝克教授
1，中子的发现和中子星的预言
中子的发现 直到1930年，物理学家还不知道原子核中有中子存在。中子
中子星
中子星目录太空灯塔——中子星中子星的发现脉冲星的性质天文信息中子星的特征[编辑本段]太空灯塔——中子星中子星，又名波霎、脉冲星，是恒星演化到末期，经由重力崩溃发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点之一。
恒星在核心的氢于核聚变反应中耗尽，完全转变成铁时便无法从核聚变中获得能量。
失去热辐射压力支撑的外围物质受重力牵引会急速向核心坠落，有可能导致外壳的动能转化为热能向外爆发产生超新星爆炸，或者根据局恒星质量的不同，整个恒星被压缩成白矮星、中子星以至黑洞。
白矮星被压缩成中子星的过程中恒星遭受剧烈的压缩使其组成物质中的电子并入质子转化成中子，直径大约只有十余公里，但上头一立方厘米的物质便可重达十亿吨，且旋转速度极快，而由于其磁轴和自转轴并不重合，磁场旋转时所产生的无线电波可能会以一明一灭的方式传到地球，有如人眨眼，故又译作波霎。
中子星又称脉冲星，是除黑洞外密度最大的星体，同黑洞一样，也是20世纪60年代最重大的发现之一。
那是1967年8月，剑桥射电天文台的女研究生贝尔在纷乱的记录纸带上察觉到一个奇怪的“干扰”信号，经多次反复钻研，她成功地认证：地球每隔1.33秒接收到一个极其规则的脉冲。
得知这一惊人消息，她的导师休伊什曾怀疑这可能是外星人——“小绿人”——发出的摩尔斯电码,他们可能在向地球问候。
但是，进一步的测量表明，这个天体发出脉冲的频率精确得令人难以置信,并没有电码的明显丰富信息。
接下来，贝尔又找出了另外3个类似的源，所以排除了外星人信号，因为不可能有三个“小绿人”在不同方向、同时向地球发射稳定频率信号。
再经过认真仔细研究，1968年2月，贝尔和休伊什联名在英国《自然》杂志上报告了新型天体——脉冲星的发现，并认为脉冲星就是物理学家预言的超级致密的、接近黑洞的奇异天体,其半径大约10公里，其密度相当于将整个太阳压缩到北京市区的范围，因此具有超强的引力场。
乒乓球大小的脉冲星物质相当于地球上一座山的重量。
这是20世纪激动人心的重大发现，为人类探索自然开辟了新的领域，而且对现代物理学的发展产生了深远影响，成为上世纪60年代天文学的四大发现之一。
天体物理学课件09中子星
渐近自由 夸克物质
T
•Witten猜想：奇异夸克物质是最稳定的！ 由几乎等量的自由u、d、s等夸克组成 •奇异（夸克）星：奇异夸克物质组成星体
粲星？（ > 1017~1018 g/cm3）
2020/10/28
2020/10/28
5. 物理模型—倾斜自转磁中子星
• 确定致密天体性质 脉冲持续时间 ≤100 ms → 辐射源大小 ≤ c×t ≈3 1010×0.1≈3×109 cm → 白矮星或中子星 脉冲的规则性 →恒星整体运动
2020/10/28
质量-半径关系计算一例：
•极限质量相近，~M⊙ •极限质量时半径~10km •小质量中子星：
M R-3 •小质量夸克星：
~10 km, ~ M⊙
M R3
•中子星Mmin~0.1M⊙ •夸克星Mmin~ 0 •观测到SAX J1808.4的
M-R关系不与NS吻合
2020/10/28
诞生温度的估计（原中子星）：
•总能量（引力能）：Eg ~ GM2/R ~ 1053 erg •Fermi气简并能 ：
平均重子数密度nB = M/(mu4R3/3) = 2.861038 cm-3 Fermi动量，cpF = 9.7510-17 nB-1/3 = 6.4210-4 erg = 400 MeV Fermi气简并能Ed ~ cpFM/mu ~1053 erg ~ Eg
中子星的质量上限
• 质量－半径关系：中子星的质量越大，半径越小 。
• Oppenheimer极限质量：～2-3 M⊙
2020/10/28
4. 结构（由外向内）
•大气层 热X射线辐射于此 •外壳层 固体，富中子核 •内壳层 超流中子 钉扎过程：glitch? •中子物质区 超流n、超导p •中子星的核 夸克物质相？
脉冲星
科技名词定义中文名称：脉冲星英文名称：pulsar定义：有107—109T强磁场的快速自转中子星。
发射规则的毫秒至百秒级的短周期脉冲辐射是其基本特征。
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑百科名片拖长尾巴的脉冲星脉冲星，就是变星的一种。
脉冲星是在1967年首次被发现的。
当时，还是一名女研究生的贝尔，发现狐狸星座有一颗星发出一种周期性的电波。
经过仔细分析，科学家认为这是一种未知的天体。
因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号，人们就把它命名为脉冲星。
中文名：脉冲星拼音：mai chong xing实质：变星的一种发现时间：1967年名称由来：不断地发出电磁脉冲信号目录定义脉冲星发射射电脉冲特性脉冲原因发现15岁女生发现新脉冲星特征毫秒脉冲星著名的脉冲星有关故事发现脉冲星最愚蠢的一脚摇摆舞行星脉冲双星双脉冲星脉冲双星与双脉冲星中学生发现脉冲星研究对人类的意义脉冲星发现者同名电影基本信息剧情简介同名游戏基本信息游戏简介展开定义脉冲星发射射电脉冲特性脉冲原因发现15岁女生发现新脉冲星特征毫秒脉冲星著名的脉冲星有关故事发现脉冲星最愚蠢的一脚摇摆舞行星脉冲双星双脉冲星脉冲双星与双脉冲星中学生发现脉冲星研究对人类的意义脉冲星发现者同名电影基本信息剧情简介同名游戏基本信息游戏简介展开编辑本段定义脉冲星（Pulsar），又称波霎，是中子星的一种，为会周期性发射脉冲信号的星体，直径大多为20千米左右，自转极快。
脉冲星脉冲星-内部结构模型图人们最早认为恒星是永远不变的。
而大多数恒星的变化过程是如此的漫长，人们也根本觉察不到。
然而，并不是所有的恒星都那么平静。
后来人们发现，有些恒星也很“调皮”，变化多端。
于是，就给那些喜欢变化的恒星起了个专门的名字，叫“变星”。
脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。
一开始，人们对此很困惑，甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报联系。
据说，第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”。
天文学概论12中子星和类星体
著名天文学家曼彻斯特和泰勒所著《脉冲星》 一书的扉页上写道：“献给乔瑟琳·贝尔，没有 她的聪明和执著，我们不能获得脉冲星的喜悦。”
中子星的形成
质量超过钱德拉极限（1.4 Msun）的致密天体 可以进一步塌缩。
压力变得如此之 大以至于电子和质 子通过如下的过程 结合成稳定的中 子:
p + e- n + ne
中子星
中子星的性质
典型大小: R ~ 10 km 质量: M ~ 1.4 – 3 Msun 密度: r ~ 1014 g/cm3
方糖大小 的中子星物 质即可拥有 约~ 1亿吨!!!
脉冲星（Pulsars）的发现
角动量守恒
=> 崩溃的核心以几毫秒的周期 旋转。
磁场被放大到~ 109 – 1015 G. 最高是太阳上平均磁场的1012 倍。
1934年，以超新星为主要研究领域的德国-美国 天文学家巴德（Baade，Walter 1893～1960） 和瑞士天文学家兹维基（Zwicky，Fritz 1898～1974）分别提出，在超新星爆发之后， 其核心将形成中子星。
中子星
1939年，美国物理学家奥本海默与沃尔科夫 根据广义相对论进一步求出了中子星的结构。 但是对中子星观测的进展却进行得十分缓慢。
毫秒脉冲星及课件
06
相关文献与资料推 荐
学术论文
总结词
学术论文是深入研究毫秒脉冲星的重要资料，提供了最新的 研究成果和深入的理论分析。
详细描述
学术论文通常由专业研究人员撰写，详细探讨毫秒脉冲星的 物理特性、观测技术、数据分析等方面的内容。通过阅读学 术论文，可以深入了解毫秒脉冲星的本质和最新研究进展。
科普文章
出来。
内容深度
根据受众的知识水平，合理安 排内容的深度和难度，确保内
容的可理解性和实用性。
图文并茂
使用图表、图片和动画等形式 ，使内容更加生动形象，提高
学习效果。
教学方法与手段
案例教学
引入实际案例，帮助学 生理解抽象的概念和原
理。
互动教学
设置互动环节，鼓励学 生参与讨论和思考，提 高学习的主动性和积极
毫秒脉冲星及课件
目录
CONTENTS
• 毫秒脉冲星概述 • 毫秒脉冲星的物理特性 • 毫秒脉冲星的应用前景 • 毫秒脉冲星研究方法与技术 • 毫秒脉冲星课件制作与教学建议 • 相关文献与资料推荐
01
毫秒脉冲星概述
定义与特性
定义
毫秒脉冲星是一种高度磁化的旋 转中子星，以极快的速度旋转并 发出强烈的电磁辐射。
性。
实验教学
通过实验演示或实践操 作，让学生亲身体验和
实践相关知识。
小组讨论
组织小组讨论，培养学 生的协作能力和沟通能
力。
教学评估与反馈
课堂评估
通过课堂测试、小组报告等形式，评估学生对毫秒脉冲星知识的 掌握程度。
课后反馈
收集学生对课件的意见和建议，及时调整和完善课件内容。
教学效果评估
通过考试成绩、调查问卷等方式，全面评估课件的教学效果，为后 续改进提供依据。
中子星加热与脉冲星共56页
谢谢！
பைடு நூலகம்
中子星加热与脉冲星
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
第七章 脉冲星
第七章脉冲星科学是由理论和实验（对天文学来说是观测）来建立的，二者相互映照，时而这个领先，时而那个获胜。
中子星是理论预言领先于观测发现的最美妙事例之一。
杰姆斯·查德威克（James Chadwick）爵士1932年在实验室里发现中于并获得1935 年的诺贝尔奖。
据说著名的俄国物理学家列夫·朗道（Lev Landau）和他的小组在发现中子后马上预测存在一种完全由中子组成的星，不幸的是，朗道没有立即发表自己的预测。
两年后，两位密切注意粒子物理学发展的美国天体物理学家摘取了果实。
由与白矮星类比而受到启发（拉尔夫·富勒提出白矮星是以电子简并压来支撑自身重量），弗里兹·兹维基和瓦尔特·巴德建议，中子能产生一种简并压，并能支持质量超过钱德拉塞卡极限的恒星残骸。
他们俩对1054年超新星的遗迹蟹状星云很有兴趣，星云中心有一个萎缩的天体，但不是白矮星。
第二次世界大战爆发前不久，罗伯特·奥本海默（RobertOPPenheimer，后来的原子弹之父）和沃尔科夫（G·VolkofD提出了一种严格意义上的中子星理论。
他们特别证明，对于质量与太阳相当的恒星，简并中子的流体静力学平衡是可以实现的。
他们的工作被天文界客气地置之一旁。
卡米尔·弗拉马里昂（CammeNammaho…著名的《普通天文学》于1955年出版，在这本（首先激起我对天文学的热爱的）书中，仅有几行字提到兹维基的革命性理论，并说“这是些不可能由观测检验的含糊思想”。
观测检验不得不再等待12年。
空中灯塔我在这儿搞一项新技术来拿博士学位，可一帮傻乎乎的小绿人却选择了我的天线和我的频率未同我们通讯。
——乔丝琳·贝尔（Jocelyn Bell）1967年，剑桥大学一名年轻研究生乔丝琳·贝尔，从她的导师安托尼·休伊斯（Antnony Hewish）那里接受了一项任务，检查和改进用于测量遥远射电源辐射的新射电望远镜。
天文学概论12中子星和类星体
可见光图像
X射线图像
蟹状星云脉冲星的光变
毫秒
中子星的自行
一些中子星 在星际空间 中移动迅速。
这可能是超新星爆炸形成中子星时各 向异性造成的结果。
双脉冲星
一些脉冲星会和其他中子星（或 黑洞）结成对。
脉冲星远离地球时其轨道运动 所引起的径向速度会延长脉冲
星周期…
…当脉冲星靠近地球时会缩短 脉冲周期。
这是几个不同类型的恒星系，每个星系中心都 包含一个类星体(HST)
能源之谜和速度之谜
类星体的光度是整个银河系总光度的 100倍，甚至十万倍。银河系的直径达10 万光年，而类星体的直径小于4光年。热 核反应机制已不能提供。类星体的产能 机制是什么？目前仍是一个谜。
根据红移可以计算出类星体的速度， 最大达到6.28， 速度竟达到光速的96%。 一个巨大的星体的运动速度能有这么高 天文学家无法解释。
类星体 - 特点
1. 类星体在照相底片上呈现类似恒星的像，即星 状的小点。
2. 类星体光谱中有许多强而宽的发射线，最常出 现的是氢、氧、碳、镁等元素的谱线。
3. 类星体发出很强的紫外辐射，因此颜色显得很 蓝（被称为蓝星体）。此外，类星体的红外辐 射也非常强。
4. 类恒星射电源发出强烈的非热射电辐射。射电 结构一般呈双源型。
随着时间流逝，脉 冲星不断的损失能 量和角动量。
=> 脉冲星的旋转 逐渐变慢。
脉冲星的灯塔模型
一颗脉冲星磁 场偶极结构,就 像地球一样。
辐射发射 主要沿磁 极。
脉冲星和其他中子星
帆船座脉冲星正穿过星际 空间。
蟹状星云脉冲星
蟹状星云脉冲星
脉冲星风+喷流
公元1054观测到的超新星的遗迹。
中子星
星体
01 发现
03 性质 05 研究价值
目录
02 演化状态 04 天文信息
中子星（neutron star）是除黑洞外密度最大的星体，恒星演化到末期，经由重力崩溃发生超新星爆炸之后， 可能成为的少数终点之一，质量没有达到可以形成黑洞的恒星在寿命终结时塌缩形成的一种介于白矮星和黑洞之 间的星体，其密度比地球上任何物质密度大相当多倍。
天文学家正是通过这种现象发现了它。此前的中子星自转纪录是每秒716圈，恒星转速一般在每秒270-715 圈。700圈曾被认为是天体旋转极限，按当今的物理学理论，转速超过此极限，恒星将被强大向心力摧毁或化为 黑 洞 。 但 最 新 发 现 否 定 了 这 一 看 法 。 理 论 上 ， 每 秒 11 2 2 转 并 不 是 旋 转 极 限 ， 大 型 中 子 星 转 速 有 可 能 高 达 3 0 0 0 转 。 令天文学家困惑的是，为什么天体在高速旋转的强大离心力下，却依旧会不断收缩，而且不损失自身物质。
致密恒星的质量低于1.44倍太阳质量，则可能是白矮星，但质量大于奥本海默极限的中子星会继......
天文信息
天 文 望 远 镜 发 现 了 迄 今 转 速 最 快 的 中 子 星 ， 每 秒 旋 转 11 2 2 圈 ， 比 地 球 自 转 快 1 亿 倍 。 最 先 观 测 到 这 颗 星 的 西 班牙天文学家库克勒说，早在1999年便已发现了这颗代号为J1739-285的中子星，但不久前才通过望远镜算出它 的转速。这颗中子星的直径约10千米，但质量却与太阳相近，其密度惊人，高达每立方厘米1亿吨。其巨大引力 从临近恒星不断夺取大量炙热气体，并不断诱发热核爆炸。
研究价值
中子星同黑洞一样是20世纪激动人心的重大发现，为人类探索自然开辟了新的领域，而且对现代物理学的发 展产生了深远影响，成为上世纪60年代天文学的四大发现之一。
第6讲 白矮星、中子星与黑洞(专业教育)
法矢量长度为零
视界以内的任何物体 和信号均不能跑出视 界
学习幻灯
71
时空坐标互换
ds2 (1 2GM )c2dt 2 (1 2GM )1 dr 2 r 2d 2 r 2 sin 2 d 2
c2r
c2r
r 2GM -
+
c2
+
+
r
2GM c2
+
-
+
+
∴ 洞外 r空间 t时间
洞内
r时间 学习幻灯 t空间
密度=
质量 体积
~
M rg 3