电磁直线加速动态黑洞时空中的同时面
黑洞宇宙中奇异物质的天然加速器
黑洞宇宙中奇异物质的天然加速器黑洞，是宇宙中最神秘、最具吸引力的天体之一。
它们的强大引力场可以将任何物质吸入其中，甚至连光线也无法逃脱。
而在黑洞的周围，不只是普通物质被吞噬，还有一种神秘的奇异物质，被称为黑洞喷射物质，从黑洞中以极高速度喷出，形成一种直径过万公里的“喷流”现象。
黑洞喷射物质的特点在于其极高的运动速度，远超过光速，甚至可以达到光速的数倍。
这种高速运动是如何产生的呢？科学家们认为，黑洞喷射物质的形成与黑洞旋转有着密切的关系。
当黑洞旋转时，其周围的空间被扭曲，形成了一种称为“磁力河”的磁场结构。
磁力河可以将黑洞附近的物质加速到极高速度，并将其喷射出去，形成黑洞喷射物质。
磁力河的加速作用是黑洞宇宙中奇异物质的天然加速器。
它能够将原本静止或缓慢运动的物质加速到接近光速的速度，甚至超过光速。
这样的加速效果远远超出了人类目前技术水平所能达到的范围。
通过研究黑洞喷射物质的运动规律，科学家们希望能够揭示宇宙中物质运动的基本原理，并对宇宙的演化过程做出更深入的解释。
黑洞喷射物质的高速运动对于宇宙研究具有重要意义。
它们可以追溯到宇宙的早期，帮助科学家们更好地了解宇宙的形成和演化过程。
此外，黑洞喷射物质还可以通过宇宙射电望远镜等观测手段被探测到，提供了研究黑洞和宇宙加速膨胀的重要证据。
除了黑洞喷射物质，黑洞还可以通过其他方式对宇宙中的物质进行加速。
例如，当物质通过黑洞附近时，黑洞的引力可以将其吸引到近距离，并将其加速到很高的速度。
这种物质加速的过程被称为“引力弹射”，类似于弹簧的压缩与释放。
引力弹射产生的加速效果同样远远超过了人类目前所能达到的范围。
黑洞宇宙中奇异物质的天然加速器不仅令人着迷，还带来了许多新的科学问题。
例如，黑洞喷射物质在高速运动过程中会产生大量的高能辐射，这种辐射对宇宙的物质结构和演化过程产生了重要影响。
科学家们正在研究黑洞喷射物质的辐射机制，希望能够揭示宇宙中高能辐射的起源和演化规律。
关于黑洞的论文
史瓦西黑洞，是一切黑洞的发祥地。它有一个视界和一个奇点。
视界，是物体能否回到外部宇宙的分界面（视界的准确定义有两种，会在下文介绍量子 理论对黑洞的作用时介绍），在视界外面，物体可以离开或者接近黑洞而保持安全。而在视 界上，只有光速运动的物体可以保持不进入毁灭熔炉黑洞，但是连光也无法从这个面中逃脱 了。如果不幸进入了视界内部，那么你就再也无法出来或者和任何人联络了。你所面对的将 只有一个：死亡。当然，量子理论允许你选择如何死去。
关于黑洞的论文有关黑洞的几个问题的看法千丰人漏楞必够透日琢阶念碳比如确定是否可以形成黑洞的索恩环猜想用来确定远处观测者和恒星观测者对于恒星塌缩的观察差异的联系的芬克尔斯坦坐标系参照系黑洞无毛定理引力透镜原理黑洞吸积盘的描述吸积盘激流喷射有一个黑洞的双星射线辐射黑洞或者黑洞和一个中子星双星引力波辐射的理论发现黑洞视界电磁场定律膜规范定理黑洞视界的准确定义也是等价拓展从原来的显视界成为了现在的绝对视界奇点定理宇宙监督定理我们会在下面第三部分中详细看待这个至尽还是一个大猜想但是十分可能是一个正确的定理的问题等
关于黑洞的论文
关于黑洞的论文...............................................................................................................................2 序言...................................................................................................................................................2 黑洞以及相关知识介绍................................................................................................................... 4
任意加速带电动态黑洞周围时空中标量粒子的非热辐射
Ｔｈｅ Ｎｏ ｔ ｒ ａ ｎ— ｈｅ ｍ ｌＲａ ｉ ｔｏ ｎ ａ ｂ ｔ ａ ｉｙ Ａｃ ｅ ｅ ａ ｉ ｄ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ Ａｒ ｉ ｒ ｒ ｌ ｃ ｌ ｒ ｔｎｇ
Ｎｏ ｓ ａ ｉ ｎａ ｙ Ｂｌ ｃ ｏ ｅ Ｓ ｃ － ｉ ｅ ｗｉｈ Ｅｌ ｃ ｒ ｃ Ｃｈａ ｇ ｓ ｎ— ｔ ｔｏ ｒ ａ ｋ Ｈ ｌ ｐａ ｅ ｔｍ ｔ ｅ ｔ ｉ ｒ ｅ
子 的 能 量 ， 到 了粒 子 的 能 量 不 仅 与粒 子 的 质 量 、 动 量 有 关 ， 与 黑 洞 周 围 的 时 空 结 构 及 视 界 的 变 化 有 关 ， 得 角 还 给
出 了 黑 洞 发 生 自发 辐 射 的 能 量 条 件 ． 关键 词 ： 洞 ； 界 ； ｒｏｓ 变 换 ； 黑 视 ｔ ｔｉ ｏ ｅ 非热 辐 射 中 图 分 类 号 ： １ ５８ Ｐ ４ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ． ８ ９ ２ ０ ） ２ ０ ９ — ４ ０ ０ ２ ３ （ ０ ８ ０ — １ ００
ｄ ＝ ｇ ｏ ｏ ｓ ｏ ｚ＋ ２ ｏｄ ｄ ｄ ｇ １ ｖ ｒ＋ ２ ｏｄ ｄ ＋ ２ ｏ ｇ ２ｖ Ｏ ｇ３ ｄ ＋ ｇ２ ０ ２ ｚ＋ ｇ ３ ， ｄ ３ｄ （） １
０ 引 言
自从 １ ７ ９ ４年 Ｈａ ｉｇ考虑黑 洞塌 缩形 成时 的量 子效 应 ， 出任何 黑洞 都会 产 生辐射 以来 ， ｗｋｎ 指 人们在 黑 洞 辐射 方面 做 了大量 的工作 ｍ ， ｔｒ ｂｎ ｋ ］Ｓ ａｏ ｉｓ ｙ与 Ｕｎ ｕ ｒｈ证 明 了旋 转 或带 电黑 洞不 仅 具有 热辐射 ， 还存 在 非 热辐 射 ． 引 文献 ［ ］ ９ 打破仅旋 转或 带 电黑洞 才有 非热 辐 射 的传 统 观念 ， 明直线 加速 运动 动态 黑洞 在 证
动态Dilaton-Maxwell黑洞周围时空中标量粒子的能量
度规行列式为
ｇ ＝一ｅ４ｒｓ － ４ｉ ０ ４ ｎ （） ２
逆 变度规 为
收 稿 日期 ： ０ ８— ７～ ５ ２ ０ ０ ０
基金项 目： 国家 自然科学基金 （ ０７ ０ ２ １７ ３ ０ ）
作者简介 ： 刘景伦 （９ ９一）男 ， １６ ， 讲师 ， 主要研究方 向： 黑洞物 理学 。
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第２ ５卷 第 ５期 ２０ ０ ８年 ９月
贵州大学学报 （自然科学 版）
Ｊｕｎｌ ｆ ｕｚｏ ｎ ｅｓｙ（ ａ ｒ ｃ ｎｅ） ｏｒａ ｉ ｕＵ ｉ ｒｉ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｃｓ ｏＧ ｈ ｖ ｔ ｕｌ ｅ
Ｖ０ ．２ ｏ １ ５ Ｎ ．５
１ 视 界 面 方 程
采 用超前 Ｅ ｄｎｔ ｄ ｉｇ ｎ坐标 ，Ｄｌｔ — ｘ ｅ 黑 洞外 部 时空线元 为 ｕ］ ｏ ｉ ｏ Ｍａｗ ｌ ａｎ ｌ １ ｄ ＝ （ ） －￣ｖ ｓ １一 ｅ２ｄ 一２ ｖ ｒ—ｒｅ ｑ ｄｄ ２ （ 式 中 ＝ （ ）是 黑洞 质量 ， ｕ 而 ＝ （ ， ＝ ｒ ） 一ｓ 如 ． ｉ ｎ ） ， ＝Ｑ（ 是 黑洞 的电荷 。 Ｑ ） （） １
Ｌ Ｕ Ｊｎ — ｎ Ｉ ｉｇｌ ｕ
（ ｅａｔ ｎ ｆ ｈｓ ｓ ｅｅＵ ｉｅｓｙ Ｈｅｅ Ｓ ａｄｎ ７０ ５， ｈｎ ） Ｄ ｐ ｒ ｔ ｙｉ ，Ｈ ｚ ｎｖｒｔ ， ｚ ， ｈｎ ｏｇ２４ １ Ｃ ｉａ ｍｅ ｏ Ｐ ｃ ｉ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｕｓｎ ｍｉｏ —ａ ｏ ｉ ｑ ａｉｎ ｏ ｃ ｌｒｐ ｒ ｃｅ ｕ ｖ ｐ ｃ — ｍｅ ｈ ｎ ｒｙｏ ｃ — ｉｇＨａ ｌ ｎＪ ｃ ｂｎ ｅ ｕ ｔ ｆｓ ａａ ａｔ ｌｓｉ ｃ ｒｅ ｓａ ｅｔ ，ｔ ｅｅ ｅｇ ｆ ａ ｔ ｏ ｉ ｎ ｉ ｓ
任意加速带电动态黑洞的广义Stefan-Boltzmann定律
２０ 年 ｉ ０７ 月
式（ ） ４ 可变为
山 ＝ ｄ ２ｖＲ＋ ｄ 营３ ， （） ｖ ＋ ｄｄ Ｏ ＋ ３ ｄ ６
变换后黑洞 的无 限红 移面与事件视 界面重合 ， 由 ＝ ０可得黑洞的视界面方程 ，
卜
（ ＋ ） ， ｒｒ，４ １ 譬 ：（ －）１ 一 ｐ， ｈ （） ）
则 言０＝ ， ０ 即为 Ｒ ｓ ｅ Ｎｎｓ￣ ０ ｅｓ ｒ ｏｄｔｍ黑洞的视界面 ｎ． ｒ
方程 ． 静态球对称黑洞 Ｄｒ 场的辐出度为 ｉｃ ａ
入式 （ ） １ 得
ｄ ： ０ ｔ ＋ ｄｄ 罾 （０ ｄ ） ＋ ｓ 罾 ｄ２ ２ｔＲ＋ ２ ｄ ＋ 兰 ｔ ２ ０， ， ２ ，
ｄ ＋ 山 ）， ：
ｇ３ ３
１ 黑 洞 视 界 面 方 程
任意加 速带 电动 态黑 洞 的时 空度 规 用超 前 Ｅｄ ｇｎ ｄｉ ｔ 坐标表示为 ｎｏ
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信阳师范学院学报（ 然科学版） 自
第２ ０卷 第１ 期 ２０ ０ ７年 １ 月
Ｊｕ ｎ ｌｏ ｎ ａ ｇＮｏｍａ ｉｅ ｓ ｙ ｏ ｒａ ｆＸｉｙ ｎ ｒ ｌＵｎｖ ｒｉ ｔ
（ ａ ｒｌ ｃｅｃ ｄ ｉ ） ｏ．０Ｎ ． ａ． ０７ Ｎ ｔ ａ ｉｎｅＥ ｉｏ Ｖ １２ ｏ １Ｊｎ ２ ０ ｕ Ｓ ｔｎ
中图分类号 ： １５ ８ Ｐ ４ ． 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ３０ ７ （０ ７ ０ －０ ９ ３ １０ －９ ２ ２０ ） １ ２ － ０ ０
自从 １７ ９４年 Ｈ ｗ ｉ ａ ｋ ｇ证 明了黑洞存 在热辐 ｎ
其中 厂 ａｉ ０ ｂｉ ＋ ＣＳ ； ＝一 ｓ ＋ ｓ ＣＯ ｈ＝ｃｔ （ ｃｓ ｎ ｎ ｏ ０ ｂｏ
２ ０ ｖ Ｏ＋ ２ 矿＋ ３ ， ｇ３ ｄ ｇ２ ｄ ｄ ｇ ｄ２ ３ 度规各非零分量为
探索宇宙黑洞的奥秘：时间与空间的神秘力量
探索宇宙黑洞的奥秘：时间与空间的神秘力量1. 引言1.1 概述:在广阔的宇宙中，黑洞是一种极其神秘而莫测的存在。
几十年来，科学家们对黑洞进行了不断探索和研究，试图揭开其背后隐藏的奥秘。
黑洞以其强大的引力场、扭曲时间与空间等特征而闻名于世。
本文将深入探讨宇宙黑洞及其对时间与空间的影响，旨在全面理解这一现象并揭示其中所蕴含的神秘力量。
1.2 文章结构:本文将分为五个主要部分来探讨宇宙黑洞的奥秘。
首先，在第二部分中我们将回顾黑洞的发现历史以及其定义与特征。
随后，在第三部分中我们将详细介绍时间与空间之间的相互关系，包括爱因斯坦广义相对论理论基础、时空曲率与地球引力场之间的关系以及时间扭曲与空间挤压效应。
然后，在第四部分中我们将讨论黑洞探索方法与科技进展，包括天文观测技术演进、超级计算机在研究中的作用以及行星探测器的贡献。
最后，在第五部分中，我们将总结文章内容并展望未来研究方向与挑战。
1.3 目的:本文的目的是为了让读者更好地理解和认识宇宙黑洞这一神秘现象，并深入探讨其对时间与空间所具有的特殊影响。
同时，本文也旨在强调探索未知领域对于科学研究所具有的重要性，并突出宇宙黑洞解密时间空间之谜的关键性意义。
最后，我们还将展望未来研究方向和挑战，为读者揭示关于宇宙黑洞仍存在许多待解之谜，激发更多人投身于这一领域的研究工作。
通过本文的阐述，相信读者将会对宇宙黑洞及其奥秘产生浓厚兴趣，并获得新知识和认知。
2. 宇宙黑洞的发现与定义：2.1 发现历史：宇宙黑洞的概念最早可以追溯到18世纪。
在1783年，英国天文学家约翰·密钥(John Michell)首次提出了“不透光体”（dark star）这一概念，他指出如果一个物体质量足够大，即使光也无法逃离其引力场。
然而，直到20世纪初期，对于黑洞的认识才开始真正地发展起来。
1916年，爱因斯坦提出了广义相对论理论，且该理论解释了引力是由物体弯曲时空所产生的。
在20世纪30年代，当尼尔斯·玻尔( Niels Bohr)问道：“如何避免从任意半径内开始飞行的光线都会返回原点？”时，物理学家乔治·埃伦(Vicenty V.C. Ellinghton)便将这个问题与爱因斯坦给出的方程联系起来，并推导出了存在具有致密度的之处所产生的时间延迟和掐灭效应。
狭义相对论的四维时空观
狭义相对论的四维时空观狭义相对论的四维时空观狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论，因此要弄清相对论的内容，要先对相对论的时空观有个大体了解。
在数学上有各种多维空间，但目前为止，我们认识的物理世界只是四维，即三维空间加一维时间。
现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思，只有数学意义，在此不做讨论。
四维时空是构成真实世界的最低维度，我们的世界恰好是四维，至于高维真实空间，至少现在我们还无法感知。
我在一个帖子上说过一个例子，一把尺子在三维空间里（不含时间）转动，其长度不变，但旋转它时，它的各坐标值均发生了变化，且坐标之间是有联系的。
四维时空的意义就是时间是第四维坐标，它与空间坐标是有联系的，也就是说时空是统一的，不可分割的整体，它们是一种”此消彼长”的关系。
四维时空不仅限于此，由质能关系知，质量和能量实际是一回事，质量（或能量）并不是独立的，而是与运动状态相关的，比如速度越大，质量越大。
在四维时空里，质量（或能量）实际是四维动量的第四维分量，动量是描述物质运动的量，因此质量与运动状态有关就是理所当然的了。
在四维时空里，动量和能量实现了统一，称为能量动量四矢。
另外在四维时空里还定义了四维速度，四维加速度，四维力，电磁场方程组的四维形式等。
值得一提的是，电磁场方程组的四维形式更加完美，完全统一了电和磁，电场和磁场用一个统一的电磁场张量来描述。
四维时空的物理定律比三维定律要完美的多，这说明我们的世界的确是四维的。
可以说至少它比牛顿力学要完美的多。
至少由它的完美性，我们不能对它妄加怀疑。
相对论中，时间与空间构成了一个不可分割的整体——四维时空，能量与动量也构成了一个不可分割的整体——四维动量。
这说明自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻的联系。
在今后论及广义相对论时我们还会看到，时空与能量动量四矢之间也存在着深刻的联系。
--------------------------------------------------------------------------------狭义相对论基本原理物质在相互作用中作永恒的运动，没有不运动的物质，也没有无物质的运动，由于物质是在相互联系，相互作用中运动的，因此，必须在物质的相互关系中描述运动，而不可能孤立的描述运动。
黑洞 吸积盘 喷流 磁屏障效应
黑洞吸积盘喷流磁屏障效应黑洞是宇宙中最神秘而又令人着迷的天体之一。
它具有极强的引力，甚至连光都无法逃脱它的束缚。
然而，黑洞的存在并不只是一个吞噬一切的巨大漩涡，它还与吸积盘、喷流和磁屏障效应等现象密切相关。
我们来了解一下黑洞的形成。
当一个恒星燃尽所有的核燃料时，它会发生剧烈的引力崩溃，使其质量集中在极小的空间内，形成黑洞。
黑洞的表面叫做事件视界，也就是所谓的“黑洞的边界”。
在事件视界以内，引力如此之强，以至于连光都无法逃脱。
而在事件视界外，就是黑洞的吸积盘。
吸积盘是黑洞周围旋转的物质环，由被黑洞引力束缚的气体和尘埃组成。
当这些物质进入黑洞附近，由于黑洞的引力作用，它们会沿着黑洞的旋转方向形成一个旋转盘状结构。
吸积盘中的物质不断受到黑洞引力的作用，向黑洞中坠落。
在坠落过程中，物质会受到摩擦和压缩，产生巨大的热能，释放出强烈的辐射，形成了明亮的吸积盘。
吸积盘中的物质并非一直向黑洞坠落，还存在着一些特殊的情况。
当吸积盘中的物质足够高温时，它们会产生强烈的电磁辐射，形成了喷流现象。
喷流是由吸积盘中的高能粒子和磁场相互作用形成的，沿着黑洞的旋转轴向两侧喷射出去。
喷流的形成与黑洞的自旋和磁场有关，具有高速度、高能量和高亮度的特点。
喷流的存在使我们能够观测到远离黑洞的区域，从而更好地研究黑洞的性质。
然而，喷流并不是无限延伸的，它们会受到一种称为磁屏障效应的限制。
磁屏障是指黑洞周围的磁场形成的屏障，能够阻止喷流中的物质继续向外扩散。
磁屏障的存在使得喷流的长度有限，不能无限延伸到宇宙的远方。
磁屏障还能够控制喷流的方向和形状，使得喷流呈现出复杂的结构。
黑洞、吸积盘、喷流和磁屏障效应是紧密相关的现象。
黑洞的形成导致了吸积盘的存在，吸积盘中的物质通过喷流现象释放出强烈的辐射，而喷流又受到磁屏障效应的限制。
这些现象的研究不仅能够帮助我们更好地了解黑洞的性质，还能够揭示宇宙中的一些奥秘。
未来，随着科学技术的不断进步，我们相信对于黑洞等宇宙现象的研究会取得更加深入和精确的成果。
2023届福建省百校联盟高三下学期4月联合测评物理试题
2023届福建省百校联盟高三下学期4月联合测评物理试题1.“东风”导弹的核弹头爆炸时，其中一个核反应方程为。
已知、、、X的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c，下列说法正确的是（）A．该核反应为原子核的人工转变B．X的比结合能比的比结合能小C．发生一次该反应放出的能量为D．若X原子核的半衰期为T，则经过3 T时间，一定质量的X原子核衰变了的质量占初始质量的八分之一2.科学家观测发现银河系的“MAXIJ1820+070”是一个由黑洞和恒星组成的双星系统，若系统中黑洞与恒星的中心距离为L，黑洞做匀速圆周运动的加速度为a，恒星做匀速圆周运动的加速度为aʹ，则黑洞做圆周运动的半径为（）A．B．C．D．3.长直导线a、b互相垂直放置，a导线中的电流大小为b导线中电流大小的2倍，电流方向如图所示，纸面内的P、Q分别是a、b导线上的点，PQ连线与导线b垂直，与导线a 的夹角为θ=60°，O为PQ的中点。
已知通电长直导线在空间某点产生的磁感应强度大小（k为常量，I为电流，r为该点到直导线的距离）。
若直导线a在O点产生的磁感应强度大小B0，则O点的磁感应强度大小为（）A．B．C．D．4.研究表明，影响电动车续航里程的因素有很多，如电池容量、环境温度、系统效率等。
某电动车研究团队在平直公路上用同一辆电动车做研究，改变电池容量从而改变整车质量（整车质量等于电动车质量与电池质量之和），让电动车以某一速度做匀速直线运动，得到电池容量与续航里程的关系如图甲所示，设该电动车电机将电能转化为机械能的效率为，电动车受到的阻力恒为总重力的0.06倍，电池容量与电池质量的关系如图乙所示。
重力加速度取，由以上信息，可得（）A．电池容量越大，电动车的续航里程一定越大B．电池的容量为时，电动车的整车质量为C．电池的容量分别为和时，电动车的整车质量之比为D．图乙中5.如图所示，空间内存在足够大范围的匀强电场（图中未画出），有一带电小球沿虚线做匀速直线运动。
星际穿越中的物理知识
星际穿越中的物理知识《星际穿越》是一部以科幻为主题的电影，讲述了一群勇敢的宇航员穿越虫洞，进入外星星系寻找人类可居住的新家园。
影片中运用了许多物理知识，下面将就一些物理概念进行详细解析，以及与实际科学原理的联系。
首先，电磁学在电影中起到了重要的作用。
电影中，宇航员们利用地球上被意外发现的虫洞进行星际穿越。
虫洞是时空中的一种特殊现象，是通过黑洞的引力作用而形成的隧道。
实际上，根据爱因斯坦的广义相对论，质量较大的物体会导致时空弯曲，形成类似于虫洞的现象。
电磁场也扮演着虫洞中的关键角色，宇航员们通过控制电磁力来导航，并在虫洞中保持稳定。
其次，相对论物理在电影中也扮演着重要的角色。
其中最为明显的就是相对论时间效应。
当宇航员进入虫洞后，他们经历了时间的扭曲。
由于引力的作用，时间在虫洞中相对于地球的时间流逝得更慢，这就意味着虫洞旅行者的时间比地球上的时间要慢。
影片中的故事正是基于这个原理，宇航员在离开地球后，返回时发现地球上已经过去几十年的时间。
与此同时，引力也在电影中发挥了重要的作用。
宇航员在探索星际空间时，遇到了许多不同的行星和黑洞。
黑洞是一种极度紧凑的物体，具有极高的引力。
根据相对论的理论，黑洞可以捕获甚至吞噬一切靠近它的物体，包括光线。
电影中宇航员在遇到黑洞时，也暴露了黑洞的巨大引力影响，同时也展示了光线如何因黑洞的弯曲而发生弯曲。
此外，量子物理也在电影中扮演了一定的角色。
在宇航员进入虫洞后，他们进入了另一个星系，并探索了一颗行星上的距离地面非常接近的地质时空。
这种现象在物理学中被称为“时间慢化效应”，即引力的存在会导致时间变慢，从而加速飞行员在行星表面的经历。
总结起来，电影《星际穿越》运用了许多物理学原理，包括电磁学、相对论物理、引力和量子物理。
这些理论都是现代物理学领域的重要研究内容，电影将其融入到故事中，赋予了科幻电影更深层次的科学内涵。
通过电影的形式，观众能够更直观地感受到这些复杂的物理概念，并对宇宙和时间的奥秘有更深入的探索和思考。
爱因斯坦100年前说的引力波真的存在,是什么人发现了它？
第二天，雷茨博士搭飞机前往路易斯安那州。那天早上，本来在缅因州度假的他在用 电脑签到时发现了此事。“它在冲我们发出波动，跟我们说你好，”他说，“太棒了。信 号很强烈，我简直无法相信。” 物理学家们知道，对于中子星而言，这一声波的频率过低了。物理学家们详细分析研 究了声波形成的原因，发现了宇宙一个偏远角落发生的庞大天体活动：一对黑洞跳了 最后一曲华尔兹（随后撞到了一起），形成了这一声波——而且这两个黑洞比天体物 理学家们此前预计的更大。 其中一个黑洞质量是太阳的 36 倍，另一个质量则是太阳的 29 倍。在彼此靠近的最后 阶段，它们的速度达到了光速的一半，以每秒 250 圈的转速彼此绕行。 接着，声音停止了，两个黑洞合并成了一个黑洞，一个质量等同于 62 个太阳的宇宙 陷阱出现了。全过程仅花费地球时间五分之一秒。 据维斯博士所言，用指甲在钢琴上从音调最低的琴键划至中央 C 键，就能再现这个短 暂的声波。 这场合并消耗了相当于三倍太阳质量的能量，这些能量在一场看不见也几乎感受不到 的天启中蒸发变成了引力波。如果把这一能量转换成可见光，那么它的亮度将会等同 于 1021个太阳所发出的光亮。 不过，这个能量让 LIGO 的镜子只是做了一个质子直径的千分之四距离的位移而已。 雷兹博士表示，这一信号精确符合了计算机根据广义相对论模拟计算后得出的对于黑 洞的预测。 研究团队表示，九月这一事件发生没多久后， LIGO 又记录到了另一个较为微弱的信 号，这个信号可能也是黑洞发出的。据维斯博士所言，一月份结束的第一轮 LIGO 观 察运行期间， LIGO 至少探测到了四个信号。第二轮运行将于今年夏天开始。今年秋 天，位于意大利的欧洲引力天文台（European Gravitational Observatory）运营的另一 个探测器“升级版 Virgo ”（Advanced Virgo）探测器也将启动运行。未来日本和印度 也将有望有探测器投入运行。
动态Dilaton-Maxwell黑洞周围时空中Dirac粒子的量子能级
是 一项 十分有意 义 的工 作． 献Ｅ Ｏ １ ］ 究 了黑 洞周 围时空 中标量 粒子能 级 ， 文 ｌ ， １研 为使研究 更具有 一般 意义 ， 本 文 对动态 Ｄ ｌｔｎＭａ ｗｅｌ ｉ ｏ — ｘ ｌ黑洞周 围 时空 中 Ｄ ｒｃ ａ ｉ 粒子 的能级及 自发辐 射进行 了研 究． ａ
第３ ８卷 第 ５ 期
２１ Ｏ Ｏ年 ９月
河 南 师 范 大 学 学报 （ 自然科 学版 ） Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｎ ｎ Ｎｏ ｍａ ｉｅ ｓｔ Ｎａ ｕ ａ ｃｅ ｃ ） ｏ ｒ ａ Ｈｅ ａ ｒ ｌＵｎ ｖ ｒｉｙ（ ｔｒ ｌ ｉｎｅ ｏ Ｓ
ＶｒＺ ８ Ｎｏ． ０ ．３ ５
熵， 就有 Ｈａ ｉｇ辐射 ， ｗｋｎ 就可能有 白发 辐射 ．文献 Ｅ —１ ］ 黑洞 热辐 射 和 自发 辐 射 的研究 结 果表 明， 洞 ６ ５对 黑
确实辐射 粒子 ， 而粒子 进 出视 界 的波 函数 均与粒 子 的能量有 关 ， 因此 ， 究黑 洞周 围时空 中粒子 的能量 分 布 研
考虑 到时 空的对称 性 ， 件视界 面 的零 曲面方程可 写成 事
Ｆ — Ｆ（ ，）或 ｒ— ｒｕ ． ｖｒ （） （） ４
（） ４ 式应满 足零 曲面条 件
６ ｇ ａ ａ ㈦
收 稿 日期 ： ０ ０ ０ ８ ２ １ — ３ １ 基金项 目： 国家 自然 科 学 基金 （ ０ ７ ０ ２ １ ７ ３０ ）
１ 视 界 面 方 ຫໍສະໝຸດ 动 态 Ｄ ｌｔｎＭａ ｗｅｌ 洞 时 空 线 元 为 ］ ｉ ｏ ～ ｘ ｌ黑 ａ
ｄ ２一 （ ＋ ｓ １ ） ０ ｕ — ２ Ｕ ｒ— ｒ Ｐ ｄ ｓ ｎ ｄ ￣） ｇ ２ｄ ２ ｄｄ ２ ２ （ Ｏ ＋ ｉ ０ ｑ ， ２
匀加速直线运动稳态Kerr黑洞视界的表面引力
ｄ １一Ｆ ｄ 一 ｄｄ 一 ｖ Ｏ ｓ Ａ ｄ ｄ ＋ Ａ ｓ ｄｄ， ５ ：（ ） ｖ ２ ｖ ｒ 狮 ｄｄ ＋２ｉ Ｏ Ｆ ｖ ￣ ２ ｉ Ｏ ｒ￣一 ｎ ｏ ｎ ｐ ｄ Ａ ｉ ｄ ｄ —ｓ （ ｓ Ａ ｒ） ． Ｏ ＋２ｆ ｓ ０ ０ ￣ ｉ Ｏ Ａ Ｆ ｉ ０＋ ＋ ｄ ｐ ｎ ｏ ｎ ｎ （） １
直线 运 动稳 态 Ｋ ｒ 黑 洞 的视界 表面 引力进 行 了研究 ， 时分 析 了该 黑 洞 视界 的 粒 子能 态 分 布 与特 征 ， ｅｒ 同 这对 于黑 洞 的热效 应和 非热 辐射研 究 具有重要 意 义．
２ 匀加 速 直 线运 动稳 态 Ｋ ｒ 黑 洞 时 空 中 的粒 子 能级 ｅ ｒ
底 改变 了人们 对 时间 、 间、 空 物质 和引力 的本 质及 相互 关 系 的认识 ， 同时 广 义相对 论 彻 底 改 变 了人 们 的宇 宙 观 ， 言和描 述 了一种 新 的天体—— 黑洞 ， 预 它具 有强 引力 场和 奇妙 的时空 结构 ． 黑洞 问题 是 ２ １世纪 最具挑 战 性 的 问题 ， 涉及 物理 学基 本定 律与 时空理 论之 间 的 内在联 系 ， 它 所显 示 的理 论 困难 ， 可 能 触 发 物理学 的一 将 场新 革命 ， 因此 ， 近年 来黑 洞研究 吸引 了越 来越 多 的物理 学家 和天 文学 家 的注意 ， 究范 围从 静 态 球 对称 黑 研 洞扩展 到稳态 轴 对称黑 洞 和各种 动态黑 洞 ， 以及 形形 色 色 的奇异黑 洞 和奇异 时空 ．
相对 论就会 得 出 以下重要 结论 ： 在恒 星演 化晚期 ， 随着热 核反 应 的减 弱 ， 恒星 温度 逐渐 降下 来 ， 而失 去力学 从 平衡 ， 生引力 坍缩 ， 缩 后 的星 体 的 质 量 如 果 小 于 钱 德 拉 卡 （ ｈ ｎ ｒｓｋ ａ） 限 （ 是 太 阳质 量 的 １ ４ 产 坍 Ｃ ａ ｄａｅｈ ｒ 极 约 ． 倍 ） 将形 成靠 电子 简并 压维 持 平衡 的 白矮 星 ； 坍 缩 后 的星 体 的 质 量 大 于钱 德 拉 卡 极 限但 小 于 奥 本 海 默 ， 若 （ ｐ ｅ ｈ ｉｅ ） 限 （ 是太 阳质 量的 ３倍 ） 则 将形 成 靠 中子 简并 压来 维 持平 衡 的 中子 星 ； 大于奥 本 海 默 Ｏ ｐｎｅ ｒ极 ｍ 约 ， 若
天文学家测量黑洞加速周围粒子的时间：一眨眼就能点亮黑洞喷流
天文学家测量黑洞加速周围粒子的时间：一眨眼就能点亮黑洞喷流虽然黑洞的引力吞噬了大部分物质，但其中也有一些物质以喷射流的形式向外发射。
粒子所覆盖的从喷射的地方到粒子被点亮发光之间的区域叫做“加速区”。
虽然黑洞的引力吞噬了大部分物质，但其中也有一些物质以喷射流的形式向外发射。
粒子所覆盖的从喷射的地方到粒子被点亮发光之间的区域叫做“加速区”。
图片请脑补配音：“舞法天女变身！让我用爱来朵蜜你吧！”黑洞本身是不可见的，但是它们周围的区域并非如此。
这些黑洞被一个吸积盘包围，这个吸积盘在电磁频谱上明亮地闪耀着。
许多黑洞会产生喷射流，在物质落入黑洞之前，会从黑洞的两极喷射出物质粒子束。
这些喷流背后的物理现象已经困扰了天文学家几十年，但现在我们距离理解它们是如何形成并“亮起来”的更近了一步。
研究的突破是通过对两个黑洞系统的观测实现的。
观测是由NASA的核光谱望远镜阵列空间望远镜（观测X射线）与位于西班牙拉帕尔马的威廉赫歇尔天文台的ULTRACAM（观测可见光）完成的。
当粒子得到足以使它们加速并发出可见光的能量后，天文学家可以通过望远镜观测到喷流中的发光粒子。
天文学家通过同时在X射线波段与可见光波段观测黑洞，得以测量上述粒子加速所花费的时间（与叫做“加速区”的距离），并比较不同黑洞之间的差异可以为研究喷流怎样形与喷流中的粒子如何运动提供有价值的信息。
在研究中，天文学家对准了两个黑洞系统：天鹅座V404与GX 339-4.它们分别被归类为X射线双星，由一个黑洞与一个普通恒星组成。
黑洞将物质从恒星中拽出来，然后这些物质补充到黑洞的吸积盘与喷流。
其中之一，GX 339-4是一个较小的系统，由一个太阳质量大小6倍大的黑洞与一个质量相近的恒星组成。
V404由一个12倍太阳质量的黑洞与恒星组成。
这个系统不仅在大小上不一样，并在观测中也表现出了不同的活动模式。
黑洞通常会经历一些不稳定的爆发，通常以来自吸积盘的物质在掉入黑洞前突然闪亮的形式爆发。
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[精彩]史瓦西黑洞史瓦西黑洞RN黑洞(带电黑洞)克尔黑洞克尔纽曼黑洞极限黑洞、裸奇点太初黑洞、微型黑洞巨型黑洞黑洞的热性质、卡诺循环黑洞的激发态黑洞的量子态、霍金辐射视界和热效应，真空的边界效应黑洞与黑洞接触(视界和视界的接触)有没有人喜欢研究这方面的知识的陆续更新，码字需要时间，找图片需要时间，请耐心等待我不是这方面专家啊，也不靠这方面吃饭，借用这个论坛分区的名字来说只是“玩主”之一因此欠缺或错误难免，望各位指正包涵---------------------分割线-----------------------目录:一。
一.烧“黑洞”前的知识充电站:天体物理学 1.恒星的演化2.离开主序后的太阳变成了什么,3.质量更大的恒星演变成什么,4.白矮星和中子星中的物理二。
烧黑洞之前的知识充电站:相对论 1.相对论的基础2.狭义相对论的物理意义3.广义相对论的物理意义4.相对论的一些概念三。
黑洞的种类和性质1.施瓦希黑洞2.观测现象和真实现象3.RN黑洞，数学家的模型4.克尔黑洞5.彭罗斯图-----克尔黑洞模型的最神奇推论:多重平行宇宙6.一般稳态黑洞7.极限黑洞，裸奇点和宇宙监督假设四。
了解量子黑洞前的充电站:热力学和量子力学1.热力学的基本概念2.热力学的四大定律3.时间箭头?目前讲到这里。
未完待续---------------------分割线-----------------------一.烧“黑洞”前的知识充电站:天体物理学1.恒星的演化大家都知道恒星，例如太阳，是靠核聚变辐射光和热的这个概念在“主序星”阶段是正确的在了解“主序星”之前，先探讨一个问题为何太阳的体积是那么大,目前公认的太阳半径测量结果是696000km，地球半径是6千多KM，也就是说太阳的半径是地球的100倍出头那么为何太阳的半径就是这么大，不是6km，也不是6亿KM呢, 这里有一个平衡存在即:太阳的辐射压力和太阳的引力维持平衡例如有一个氢原子在太阳表面，那么太阳释放的光和热会迫使这个原子飞离，而太阳引力使得这个原子落入太阳内部，这两个力基本维持平衡(当然，日冕层即太阳高空的原子收到的辐射压力更大，因此飞离太阳表面趋势增加，形成太阳风，但飞离的部分和太阳整体体积相比，九牛一毛，大体还是相对平衡的) 那么，类似于太阳的其它恒星呢,于是，天体物理学家就把很多恒星的数据记录下来，然后以表面温度作为x轴，光度作为y轴，画在了坐标内这就是有名的赫罗图结果惊奇的发现，大部分恒星在赫罗图中的位置，是落在左上到右下的斜线中的接下来再通过研究，会发现，在这条斜线中的恒星，维持其发热的能量，都是来源于氢聚变为氦的过程而由于采集的恒星是随机的，因此可以认为，一颗恒星的大部分时间都在这条斜线中度过也可认为，恒星通过氢聚变提供能量，在其生命周期中占了大部分时间于是，这条斜线就叫做“主序”，在主序阶段的恒星，也叫做“主序星”再仔细分析主序阶段的恒星，会发现，其质量也按一定规律排序，越重的恒星越在左上方，越轻的恒星越在右下角因此，如果将y轴刻度按恒星质量来标注，得到的图的本质也是赫罗图，而且分布规律也是一样的。
黑洞吸积盘系统的喷流加速机制研究
黑洞吸积盘系统的喷流加速机制研究徐佳迪;姜志雄;龚小龙【摘要】提出了一种从旋转黑洞吸积盘热冕系统中提取能量的喷流加速机制.在吸积盘热冕中,通过求解广义相对论框架下的盘冕系统的动力学方程,得出了吸积盘热冕内区的磁场强度;进一步根据黑洞磁层的电路理论推导出喷流功率的解析表达式.结果表明:模型中喷流功率随着黑洞自转参数a?和磁力矩参数?ε的增加而明显增大,并且大部分功率应来自于在吸积盘热冕系统的内区.此外,用一组高功率喷流的活动星系核样本探讨了该喷流加速机制,分析表明所有高功率喷流源能被模型喷流功率所拟合.%A jet acceleration mechanism of extracting energy from the disk-corona surrounding a rotating black hole is proposed. In this disk-corona scenario, the central object is a rotating Kerr black hole, and a geometrically thin and optically thick disk is sandwiched by a slab corona. The large-scaled magnetic field plays an important role in jet acceleration mechanism. So we obtain the value of the magnetic field in such a disk-corona system by solving the disk dynamic equations in the context of general relativity. The results show that the value of magnetic field decreases with the increase of disk radius, while increases with the increase of black hole spin parameter a?. Then the analytical expression of the jet power is derived based on the electronic circuit theory of the magnetosphere. It is found that the jet power increases obviously with increasing black hole spin parameter a? and magnetic stress parameter ?ε. Furthermore, the calculation results also show that the jet power is mainly from the inner region of the disk-corona system, which is consistent withthe observations of the jet. Finally, a sample composed of the 23 Fermi blazars with high jet power is used to explore our jet production mechanism. The conclusion suggests that our jet acceleration mechanism can simulate all sources with high power jet. By comparing with the observational data, we find that these high jet power sources cannot be explained by the Blandford-Znajek mechanism, even if the central object is extreme Kerr black hole.【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2017(066)003【总页数】9页(P428-436)【关键词】吸积;吸积盘;喷流;冕【作者】徐佳迪;姜志雄;龚小龙【作者单位】长江大学物理与光电工程学院,荆州 434023;长江大学物理与光电工程学院,荆州 434023;长江大学物理与光电工程学院,荆州 434023;北京师范大学天文系,北京 100875【正文语种】中文提出了一种从旋转黑洞吸积盘热冕系统中提取能量的喷流加速机制.在吸积盘热冕中,通过求解广义相对论框架下的盘冕系统的动力学方程,得出了吸积盘热冕内区的磁场强度;进一步根据黑洞磁层的电路理论推导出喷流功率的解析表达式.结果表明:模型中喷流功率随着黑洞自转参数a∗和磁力矩参数∆ε的增加而明显增大,并且大部分功率应来自于在吸积盘热冕系统的内区.此外,用一组高功率喷流的活动星系核样本探讨了该喷流加速机制,分析表明所有高功率喷流源能被模型喷流功率所拟合. 众所周知,大尺度的射电喷流普遍存在于活动星系核、X射线双星等各类天体中.尽管喷流的形态千差万别,但它们共同的特征是气体从致密天体的核心部分被高速抛射出去,形成充满热等离子体的柱状结构.关于喷流加速和准直的详细机制目前还尚未有公论,但是喷流与磁化吸积盘或中心大质量黑洞存在着紧密联系,这已经被哈勃太空望远镜、X射线望远镜和甚长基线干涉仪的观测所证实.很多学者一致认为射电喷流的形成与天体中心的旋转黑洞和吸积盘的大尺度磁场有关[1−3].为了解释喷流的加速机制,学者们已经提出了一些喷流的理论模型,常见的有Blandford-Znajek(BZ)机制[4],Bland ford-Payne(BP)机制[5]、辐射压加速喷流机制[6],Meier[7]提出的杂化喷流模型等.在BZ机制中,Kerr黑洞的旋转能量可以被连接黑洞视界的大尺度极向磁场提取出来,用以解释喷流的功率.BP机制对于解释喷流的产生也是一种重要的机制.在该机制中,吸积物质的能量和角动量被盘表面的磁场从吸积盘中提取出来.在上述工作的基础上,Macdonald和Thorne[8]在广义相对论框架下的Kerr 3+1时空中重新定义和拓展了BZ理论并利用等效电路得出了黑洞功率和盘功率的解析表达式.大尺度磁场在喷流的加速机制中有着极其重要的地位,观测已发现致密天体附近明显地存在着大尺度磁场.理论研究已表明大尺度磁场的强度与吸积盘系统的相对高度成正比[9,10],通常薄盘的大尺度磁场强度较弱,而径移主导吸积流[11,12]或者是热冕极向磁场往往较强.正是由于热冕的厚度比薄盘大,因此冕区的磁场及其发射的喷流功率应该明显比薄盘大[13].最近Cao等[14,15]指出,对于径移主导吸积流,仅BZ机制是不能解释BL Lac天体和射电星系的喷流的加速.在高吸积率标准薄盘情况下,研究也表明部分射电类星体的喷流功率会远高于BZ机制所能达到的上限,因而喷流应该是被盘冕中的磁场加速的[16].天文上估计喷流功率的方法对于量化活动星系核中央引擎的输出功率相当重要.到目前为止,观测估算喷流功率通常有三种方法:第一种方法是利用射电望远镜数据,例如1999年W illot等[17]最早在151频段用来自射电瓣的通量估计了喷流的功率值,并给出了喷流功率与射电光度之间的经验公式;第二种方法是利用X射线天文卫星观测喷流与周围星际物质产生的孔洞(cavity)数据,该方法主要利用喷流形成的孔洞向外膨胀的动能去估算喷流功率,例如Allen等[18](2006年),McNamara等[19](2011年),Zhang等[20](2014年)的工作;第三种方法主要是Ghisellini等[21,22](2009,2010年)的工作,他们在Fermi天文卫星的观测数据基础上利用多波段能谱拟合的方法估算出了相应天体的喷流功率、吸积率等数据.最近,我们提出了一种广义相对论框架下的吸积盘热冕模型[23],并利用Monet-Carlo方法模拟出了不同参数下盘冕系统的能谱;进一步用盘冕情况下磁场加速喷流模型拟合了一组射电噪类星体样本的喷流功率观测值,但结果表明理论值无法解释少数具有高喷流功率值的样本[24].作为以上工作的延续,本文进一步改进本课题组所提出的模型,并重新选取一组具有更高喷流功率值的样本进行观测拟合.本文的第二部分和第三部分是对理论模型的描述;第四部分用所提模型去拟合一组具有极高喷流功率值的耀变体(Blazar)样本(一类活动星系核),其喷流功率的天文观测估计值选自Ghisellini等[21]的工作;第五部分是对结果的总结和展望.本文在牛顿力学的吸积盘-冕模型的基础上[25],研究广义相对论框架下的吸积盘热冕系统.在该盘冕系统中几何厚光学薄吸积盘环绕旋转Kerr黑洞,同时吸积盘上下被两层磁化的平板冕包夹,部分吸积物质引力势能耗散在热冕中.研究中采用了由Novikov和Thorne[26]以及Page和Thorne[27]提出的广义相对论下稳态的、几何对称的标准薄盘解.在他们的模型中,假设盘的内边缘不存在由磁场产生的应力,即“无力矩内边界条件”.在这种情形下,吸积气体如果到达稳定轨道的最小半径r=rms处就会离开吸积盘以螺旋运动的方式掉进黑洞.所以,与位于r≥rms处的吸积气体相比,位于r＜rms处的吸积气体密度实际上趋于0,这就意味着没有黏滞应力作用在吸积盘r=rms处的切面上.此时耗散在吸积盘热冕系统单位表面积上的总引力势能由以下公式得出[27]:式中,为盘的吸积率;ν,ψ,µ为Kerr度规因子[26];径向函数f定义为其中,盘中物质的比能量 E+和比角动量 L+可表示为这里(M为中心黑洞质量)是无量纲径向坐标,a∗=a/M 是无量纲黑洞旋转参数.Agol 和Krolik[28]提出如果考虑黑洞吸入区与吸积盘内区之间的磁联系,磁场就会在吸积盘内边缘处产生一个磁应力力矩,磁力矩会大大增加盘冕系统释放的能量Q.在这种情况下Q应修正为式中∆ε为文献[28]中表征能量大小的磁力矩参数,的表达式见文献[28].同时耗散在冕中的功率为式中,Pm为磁压,υP为盘中磁通量垂向传输速度.我们假设该速度与其内部的Alfven速度υA成正比,即υP=bυA.吸积盘的垂向压力平衡方程为这里H是吸积盘的高度;P和ρ分别为压强和盘的密度;A,B,C,D,E是广义相对论修正因子[26].吸积盘能量守恒方程为[26](8)式中W是积分剪切应力,定义为W =,盘内黏滞应力trφ和压强P存在以下关系: 这里α是黏滞系数,计算中取α=0.3.吸积气体的状态方程为这里Ptot是盘的总压强(气压与辐射压之和),a是辐射常数,mp是质子静止质量,T 和ρ0分别为盘内温度和物质密度.通常磁压可取而盘冕系统中能量传输方程为这里κ为 Rosseland常数,a0是盘冕反射反照率,通常反照率非常低.并且大部分来自盘冕的事件光子碰到吸积盘后会以黑体辐射形式被辐射出去,本文计算中取a0=0.1[29].用数值方法解方程(5)—(12),可得出冕中耗散的功率Qcor,它是关于半径r的函数.求解方法与我们前期工作相同[23].下面我们讨论由热冕中磁场驱动喷流的喷流加速机制.考虑到部分盘冕功率Qcor 被用来加热冕,因此热冕中的磁能密度为式中t0=Hcor/vdiss为耗散时间,其中Hcor是盘冕的高度.而耗散速度vdiss由吸积盘对冕的加热过程决定,计算中取vdiss=0.01c,η=0.5.对于大尺度磁场,一些学者认为由发电机机制产生的小尺度磁场可以生成大尺度磁场[9,10],并且盘冕系统中的极向磁场强度取决于冕中磁流管的高度和磁重联的能力.为方便计算,我们假设大尺度磁场极向分量的强度可近似表示为式中Ha为冕中磁流管的典型高度.通常磁流管的高度会明显大于盘的厚度,在本文计算中取Ha=2rms,rms为吸积盘最内稳定轨道半径.图1给出了黑洞旋转参数a∗取不同值时BP随径向参数ξ=r/rms的变化.注意磁场BP以为单位,˙M是吸积率,M是黑洞质量.观察图1,我们发现大尺度极向磁场强度BP的值随着盘半经r的增大而减小,近似地表现为负幂率关系.该结果与Bland ford等[5]的工作和预期是相符的,在其提出的BP过程中就直接阐明吸积盘上的大磁度磁场应满足B=r−3的关系[5].通过图1(a)可见,磁场强度随着黑洞旋转参数a∗的增加而增强.事实上由Kerr黑洞的Frame-dragging效应可知,黑洞自转加速时盘冕系统内区磁场的明显增强应是一个可以预期的结果.从图1(b)可见随着磁力矩参数∆ε的增大,磁场强度会明显增强.显然参数∆ε越大意味着从吸入区转入盘内区的能量越多,这将直接导致内区磁能密度的增大.Macdonald和Thorne[8]在研究黑洞能层的基础上创新性地提出了等效电路理论,在该理论中大尺度磁场将黑洞与吸积盘转动动能以电磁能流的形式转移出来,从而给喷流提供能量来源,其电磁功率解析式可表示如下[8]:其中I和∆ψ分别为等效电流和相邻磁层间的磁通量,ΩF是磁力线角速度.在Macdonald和Thorne[8]的研究基础上,我们也提出一种改进型等效电路来计算来自盘冕系统的喷流功率[30−32].在推导喷流功率的过程中用到了如下公式: 式中∆E是盘冕系统旋转产生的电动势,Ip是热冕中每个回路的极化电流,∆ψ和∆ZA 分别为相邻磁层间的磁流和相应加速区的阻抗.磁通量∆ψ可表示为通常加速区阻抗与吸积盘阻抗比值可决定磁力线角速度.当吸积盘阻抗很低时可取ΩF≃ΩD[8].在我们提出的盘冕模型中,考虑到吸积盘阻抗相对于加速区阻抗较低,可假设盘冕中的磁力线角速度为其中径向参数χms定义为相邻磁层间的负载阻值∆ZA可表示为[8]以上各式中涉及的各Kerr度规因子为[33]联合(14)—(20)式并将(16)式沿径向积分,可得喷流功率的解析表达式为由(21)式可做喷流功率Qjet随黑洞自转参数a∗变化的曲线,如图2所示.观察图2我们发现模型喷流功率Qjet随着黑洞旋转参数a∗的增加而增大.此外,我们也给出了在不同参数下喷流功率Qjet随吸积率变化的规律,如图3所示,很明显喷流功率随吸积率的增大而单调递增.应该注意的是,在计算中,(21)式中的积分上限取ξ=30,即只计算了来自吸积盘30个最内稳定半径rms范围内的喷流功率.选择以上积分范围基于两个方面的考虑:一方面是基于观测,Biretta等[34]利用甚长基线干涉测量技术观测了邻近星系M87中心喷流的亚毫角秒结构,发现其射电喷流的加速区应处于中心天体附近几十个Schwarschild半径区域以内;二是通过计算我们发现当积分上限取ξ＞30时,喷流功率Qjet值的增大变化已很小,这也直接表明绝大部分喷流功率应来自于在吸积盘热冕系统的内区,可见理论模型与观测能较好地符合.为了将我们模型的喷流功率与BZ机制的喷流功率相比较,给出当旋转黑洞视界面的磁场B⊥已知时BZ功率的表达式为[4]其中rH是视界半径,是用来描述磁力线角速度ΩF影响相对于黑洞角速度ΩH影响比例的因子.如果ΩF=1/2ΩH,BZ机制的输出功率达到最大,计算中我们取ωF=1/2.同时Moderski等[35]在考虑到黑洞视界面磁压与吸积流最内层的冲击压相平衡基础上得出磁场B⊥与吸积率之间的关系式为由(23)式我们可以得出黑洞视界面的磁场强度为为了将理论模型与观测数据进行比较分析,我们选取了一组包含23个高喷流功率耀变体(Blazar)的天文样本.样本中的中心黑洞质量、吸积盘光度、喷流功率观测值取自Ghisellini等[21]的工作.我们选取的样本如表1所列,表中第一和第二列为国际天文联合会天体名称及其红移,第三列是以太阳质量为单位的中心黑洞质量,第四列为以erg.s−1为单位的吸积盘热光度,第六列为以erg.s−1为单位的喷流功率观测值.表1中第五列是依据(25)式计算出的相应的无量纲吸积率,当活动星系核的中央黑洞质量给定时,通过热光度Lbol可以估测这些射电源的吸积率.无量纲吸积率可表示为在图4和图5中,我们给出了吸积率˙m和喷流功率Qjet之间的关系.利用(21)式可以计算出不同参数下模型的喷流功率,即图5中的各条曲线.而从旋转黑洞中提取的功率(即BZ功率)可通过(22)式来计算,结果见图4.在图4和图5中的小方块中心对应23个天体的吸积率和喷流功率值.图4中的实线代表BZ机制所能达到的最大喷流功率值.图5中各条曲线的含义如下:划线代表当参数∆ε=0.3时盘冕喷流的功率值,相应的其曲线右下区域为∆ε＜0.3时盘冕模型能拟合的功率值范围.本文模型喷流功率值主要取决于中心黑洞质量、无量纲吸积率、黑洞自转参数a∗和参数∆ε.在观测和理论的比较中,应注意到观测数据中各天体的中心黑洞质量均处于109和1010个太阳质量之间(天体0426−380除外).很明显,当其他参数取定时,模型喷流功率会随着中心黑洞质量的增大而增大,所以在图4中,为计算BZ功率所能达到最大值的上限,取中心黑洞质量M=1010M⊙.在图5中,为方便和不同黑洞质量的各观测数据点相比较,我们计算了盘冕喷流功率的保守值,即计算时取了低质量值M=109M⊙.另外,对于天体0426−380,直接将其中心黑洞质量和吸积率的观测值代入(21)式,计算发现盘冕模型喷流功率也能很好地拟合它的喷流功率.观察图4和图5,我们得出以下结论:1)BZ机制所产生的功率无法拟合表中样本的高喷流功率值,即使当中心黑洞为极端Kerr黑洞时(旋转参数a∗=0.99);2)如果取恰当的参数值,本文的吸积盘热冕喷流加速模型能拟合所有射电源的喷流功率值.计算结果表明,当取无力矩边界条件(∆ε=0)时(见图5中点线),模型喷流功率只能拟合样本中较低功率中的三个,而当参数∆ε取值大于0.5时(见图5中点划线),模型的喷流功率值肯定能高于观测样本的功率值.本文主要讨论了一种从旋转黑洞的吸积盘热冕系统中提取能量的喷流模型.首先求出了热冕中的磁场强度,再利用黑洞磁层理论中的等效电路方法推导出了喷流功率Qjet的表达式.在以往的研究中常忽略黑洞视界面和吸积盘内边缘间的吸入区,本文为了提高模型喷流的功率,考虑了吸入区与吸积盘的磁联系,该磁场在黑洞吸积盘内边缘施加一个磁力矩,磁力矩会大大增加盘冕系统释放的能量.这样本文的模型中的磁能密度和大尺度磁场的强度都将被明显增强,进而提升了盘冕的喷流功率.结果表明,模型喷流功率值主要由吸积率≃Lbol/LEdd、内边缘力矩参数∆ε及黑洞旋转参数a∗决定,并且随着磁力矩参数∆ε和黑洞自转参数a∗的增加而明显增大.在观测拟合部分,选用了一组具有高喷流功率的天文样本来探讨它们的喷流产生机制,结果表明喷流加速机制在取恰当的参数时可以很好地拟合所有高功率喷流,而这些高功率样本是当吸积盘热冕系统取无力矩边界条件(∆ε=0)或 BZ机制所无法解释的.当然,本文模型在理论上还存在很多不确定因素和不足之处.比如一个主要不确定因素是系统中热冕的几何结构,在前人的工作中提出了有代表性的冕模型,比如球形冕、平板冕、补丁冕等[36].在本文中为方便计算和研究采用的是一种较简单的平板冕结构,这也是我们以后工作中需要改进的地方.我们也应该注意到由于活动星系核的种类众多,本文提出的喷流模型仅是对部分具有较高功率喷流天体的加速机制的有益探索.另外,在本文中我们主要讨论了射电喷流的加速机制,并没有讨论吸积盘和喷流两者之间相互影响,这也是一个无可回避的问题.在接下来的工作中,我们将进一步讨论致密天体中射电喷流与吸积之间的耦合关系.[1]LivioM,Ogilvie G I,Pringle J E 1999Astrophys.J.512 100[2]Meier D L 1999Astrophys.J.522 753[3]Lovelace R V E 1976Nature262 649[4]Bland ford R D,Zna jek R L 1977Mon.Not.R.Astron.Soc.179 433[5]Bland ford R D,Payne D G 1982Mon.Not.R.Astron.Soc.199 883[6]Proga D,Stone J M,D rewJ E 1998Mon.Not.R.Astron.Soc.295 595[7]Meier D L 2001Astrophys.J.548 L9[8]Macdonald D,Thorne KS 1982Mon.Not.R.Astron.Soc.198 345[9]Romanova MM,Ustyugova G V,Koldoba AV 1998Astrophys.J.500 703[10]Tou t C A,Pringle J E 1996Mon.Not.R.Astron.Soc.281 219[11]Narayan R,Y i I1995Astrophys.J.444 231[12]Narayan R,Y i I1995Astrophys.J.452 710[13]Merloni A,Fabian AC 2002Mon.Not.R.Astron.Soc.332 165[14]CaoX W 2003Astrophys.J.599 147[15]CaoX W,Rawlings S 2004Mon.Not.R.Astron.Soc.349 1419[16]CaoX W 2004Astrophys.J.613 716[17]W illott C J,Rawlings S,Blundell KM,LacyM1999Mon.Not.R.Astron.Soc.309 1017[18]Allen S W,Dunn R J H,Fabian AC,Tay lor,G B,Reynolds C S2006Mon.Not.R.Astron.Soc.372 21[19]McNamara B,Rohanizadegan M,Nu lsen P 2011Astrophys.J.727 39[20]Zhang J,Sun X N,Liang E W,Lu R J,Lu Y,Zhang S N 2014Astrophys.J.788 104[21]Ghisellini G,TavecchioF,Chirlanda G 2009Mon.Not.R.Astron.Soc.399 2041[22]Ghisellini G,TavecchioF,Foschini L,Chirlanda G,Maraschi L,CelottiA2010Mon.Not.R.Astron.Soc.402 497[23]Gong X L,Li L X,Ma R Y 2012Mon.Not.R.Astron.Soc.420 1415[24]Gong X L,Li L X 2012Sci.Chin.Phys.Mech.Astron.55 880[25]CaoX W 2009Mon.Not.R.Astron.Soc.394 207[26]Novikov ID,Thorne KS 1973Astrophysics of BlackHoles(NewYork:Gordon and Breach)[27]Page D N,Thorne KS 1974Astrophys.J.191 499[28]Agol E,Krolik J H2000Astrophys.J.528 161[29]Zdziarski AA,Lubinski P,Smith D A1999Mon.Not.R.Astron.Soc.303 L11[30]Gong X L,W ang D X,Ye Y C 2004Chin.Phys.Lett.21 1861[31]Gong X L,W ang D X 2005Chin.Phys.Lett.22 1293[32]Gong X L,Jiang Z X 2014Chin.Phys.Lett.31 089801[33]Thorne KS,Price R H,Macdonald D A1986Black Holes:the Membrane Paradigm(NewHaven:Yale University Press)[34]Biretta J A,Junor W,LivioM2002NewAstron.Rev.46 239[35]Moderski R,Sikora M,Lasota J P 1997On Black Hole Spins and Dichotomyof Quasars(Krakow:Jagiellonian University Press)[36]Merloni A,Fabian AC 2001Mon.Not.R.Astron.Soc.328 958PACS:97.10.Gz,98.38.Fs,96.60.P–DOI:10.7498/aps.66.039701Ajet accelerationmechanismofextracting energy fromthe disk-corona surrounding a rotating black hole isproposed.In this disk-corona scenario,the central ob ject is a rotating Kerr b lack hole,and a geometrically thin and optically thick disk issandwiched by a slab corona.The large-scaledmagnetic field playsan important role in jet accelerationmechanism.Sowe obtain the value of themagnetic field in such a disk-corona systemby solving the disk dynamic equations in the context of general relativity.The results showthat the value ofmagnetic field decreaseswith the increase of disk radius,while increases with the increase of black hole spin parameter a∗.Then the analytical expression of the jet power is derived based on the electronic circuit theory of themagnetosphere.It is found that the jet power increases obviously with increasing black hole spin parameter a∗and magnetic stress parameter∆ε.Furthermore,the calcu lation results alsoshowthat the jet power ismainly fromthe inner region of the disk-corona system,which is consistent with the observations of the jet.Finally,a sample composed of the 23 Fermiblazarswith high jet power is used toexplore our jet production mechanism.The conclusion suggests that our jet acceleration mechanismcan simulate all sourceswith high power jet.By comparing with the observational data,we find that these high jet power sources cannot be explained by the Bland ford-Znajek mechanism,even if the central ob ject is extreme Kerr black hole.。
黑洞面面观
按黑洞本身的物理特性划分
暗能量黑洞
暗能量黑洞主要由高速旋转的巨大 的暗能量组成，它内部没有巨大的质量。 巨大的暗能量以接近光速的速度旋转， 其内部产生巨大的负压以吞噬物体，从 而形成黑洞。暗能量黑洞的体积很大， 可以有太阳系那般大。暗能量黑洞是星 系形成的基础，也是星团、星系团形成 的基础。
物理黑洞
奇点
随着时间的流逝，黑洞内物体的r最后 都要减少到零。这一点，正是我们的理想 化模型中，质量M 的集中点。有限的质量 集中到一点，质量-能量密度为无穷大；相 应地，时空曲率也变为无穷大，也就是说， 引力场的作用无限地强。由于这种奇异的 数学-物理性质， r =0处被称为奇点。任 何物体撞到奇点上都不可避免地受引力作 用而毁坏。
飞船进入黑洞
设想有一名太空冒险家，他驾驶宇宙飞船闻进某 个史瓦西时空并且接近其史瓦西面。如果他忽然觉得 不妙，及时设法挣脱该处的引力场而逃逸，这算是他 的幸运。然而，如果他错过了时机，一旦飞船进入黑 洞，便走上了不归路，在极短的时间之内（以他自己 的时钟来计算），必然灾难性地撞上时空奇点。不过， 黑洞外面的观测者倒是看不见这灾难性的一幕，甚至 连这位宇航者进入黑洞后可能发出的呼救信号也是接 收不到的，因为视界隔断了来自黑洞内的所有光线和 信息。
如果恒星质量超过了奥本海默极限， 则没有任何力量能抵挡强大的引力，在 耗尽其燃料并坍缩后，星体将塌缩到自 身的引力半径之內，当这恒星收缩到某 一临界半径时，表面的引力场强到连光 线也逃逸不出去，其他东西更不可能逃 逸。也就是说，存在一个时空区域，光 或任何东西都不可能从该区域逃逸而到 达远处的观察者。我们将这区域称作黑 洞，将其边界称作事件视界。
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定理２ 空问各点坐标钟速率相同的充要条件是
—
式中， ｅ ｑ Ｍ，和 分别为黑洞的质量、 电荷和磁荷 ， Ａ为宇宙 常数， 为作直线运动的加速度， Ａ之外， ａ 除 它们均是超前 Ｅｄ ｇ ｎ ｉ ｅ ｔｎ ｄｉ ｔ — ｎ ｌｅ 坐标 的任意函数．其事件视界面方 ｎ ｏ Ｆ ｋｓｉ
程为
（ｏｇｏ ｏ） ｇｚ ／ 融０
第 ４期
张靖 仪 ： 电磁直 线加 速动 态黑 洞时 空 中的 同时面
¨
的函数， 即视界位置随时间 和方向角 ０ 而变化．
曲面上的点沿此曲面可对钟条件， 即定理 １ 退化为
：
在 ｒ 区域， ≤ 因传统的对钟方法不再适应， 本文不予
讨论． 笔者仅讨论 ｒ 区域的对钟问题．由式（ ） ＞ ５ 可得 ｄ＋ ｒ 曲 （） ７ ！ ｇｉ
：
（ｏｇ ｇ ￣） （ ｊ ／
—
—
ｔ
ｏ ｔ ａ ０ ｘ
’
；ｊ １ ，弱， 一个满足式 （ ） ３ 的时
空， 则肯定满足式（）反之， ４； 则不成立．即一个可调整坐 标钟同步的时空， 其坐标钟的走时速率肯定是相同的； 反 之， 坐标钟走时速率相同， 则不一定可以调整同步．
Ｏｇｉ ｏ） Ｏｇ ／ｏ） （Ｃ （ ｇｏ （ ｇ ｏ ／ ｏ ｏ ｊ ｉｊ ； １２３ ： ，，） ，
： —
（） ３
等 一 ｒ ｃ １ ＋ ｒ 盟 ｏ ｊ ｄ － ｓ ２ ｒ ２
２ ｒ ２ ｒｓ ２ ｄｄ ｒｄ ２ ２ｉ２ ｄ ｄｄ 一 ｎ ｉ Ｏ ｖＯ＋ Ｚ Ｏ ＋／ｓ ０ ‘ ｎ ｎ Ｄ （） ５
中可以有二维 同时面存在．一个无限趋近于黑洞视界面的旋转对称 曲面是一 个二 维同时面．
关键词 ：时钟 同步 ；同时面 ； 事件视界 ； 态黑洞 动
中图 分 类 号 ： １． ０ ４２ １ 文 献 标 志码 ： Ａ
对钟问题一直是广义相对论中人们感兴趣的问题之
一
论中， 将对一个无限趋近于黑洞视界面的旋转对称曲面特
第 ９卷
２１ ０ ０年
第 ４期
８月
广州 大学 学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊｕｎｌ ｆ ｕ ｎｚｏ ｎ ｅｓｙ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｏ ｒａ ｏ ａｇｈｕＵ ｉ ｒ ｔ（ ａｕａ Ｓ ｉ ｃ ｄｔ ｎ Ｇ ｖ ｉ ｅ ｉ
Ｖｏ ． Ｎｏ ４ Ｊ９ ．
Ａｕｇ ．
２ ０ ０１
文章 编 号 ：６ １ ２ ９ ２ １ ）４０ １—３ １７ ４ ２ （０ ０ ０ － ００ ０
电磁直线加速 动态 黑洞时空中的同时面
张 靖 仪
（ 州 大 学 物 理 与 电子 工 程 学 院 ， 东 广 州 广 广 ５ ００ ） １０ ６
摘
要 ：讨论 了电磁 直 线加 速 动 态黑 洞 时 空 中的 同 时面 问题 ， 出 虽然 全 局 性 的 统 一 时 刻 不 可 能 建 立 。 时 空 指 但
收 稿 日期 ： ０ ９一ｌ ０ 修 回 日期 ： ０９—１ ２０ １— ３ ２０ ２—１ ５
式中， ＝ ， ＝ｑ ｒ ＇ ， Ｏ ／ Ｈ 显然， 视界位置 是 和方向角
基金项 目：国家 自然科学基金项 目（ ０７ ０ ３ 资助 １８３ ０ ） 作者简介 ：张靖仪 （９ ３一） 男 ， １６ ， 教授 ， 士．Ｅｍａ ： ａ ｇ ＠ｇｈ ．ｄ ．ｎ 博 — ｉ ｚ ｎｊ ｚｕ ｅｕ ｃ ｌｈ ｙ
ｌ 】
Ｊ
．
物理时空中可以对钟 ， 即建立统一坐标时刻的充
别关注， 其原因是当利用 目 前国内流行的薄层模型 ｂｃ． ｒｋ ｉ ｗｌ方法计算该动态黑洞量子场的熵时， ａ ｌ 最后求总熵是在
一
要条件为
ｌ一ｏ ／ ＝ ｉ １ ， ， ｏ１ ０（＝ ，３ ｆｇ ＼ ２）
（ １ ）
２０ 年， ０１ 张宏升等运用 Ｓ ｋｓ ｔ ｅ 定理， ｏ 严格给出了坐标 钟同步及钟速同步的充要条件 Ｊ即 ， 定理 １ 时空中存在同时面（ 可调整坐标钟同步 ） 的 充要条件是
—
ｄ ＝一ｆ — ａ ０ — ｓ＝— Ｍ ～ ＋ ｓ ２ ｃ ０ ０ ｎ０ ２ ｒ １ ｒｓ ｒｉ
个无限趋近视界的薄层面上积分
．一个有物理意
义的熵， 必须是同一时刻各个面元上熵的积分．因而， 讨
论黑洞事件视界或一个无限趋近于黑洞视界且具有旋转 对称的曲面（ 薄层面） 是否为二维同时面的问题 ， 将是非常 有意义的．
式中积分沿时空流形中任一闭合曲线．朗道据此指出： 只 有在时轴正交系（０＝ ） 大尺度范围坐标钟的“ ｇ ０ 中， 同时”
本文将定理 １ 和定理２ 应用到带有电荷、 磁荷直线加
２ ＝ ｆ— ｒｏ — ＋ ｉ 一 ２ ｓ ２ １ ａｃ 胁
蝴
． ／ Ｈ
一
ｒ
咖
一
） ０一： （ ＋ ０ ６ ， ｔ ，２ ）
ｊ ，
，
速动态黑洞时空中， 讨论事件视界以外区域的对钟问题 ， 考察该区域中是否存在三维或二维同时面．在下面的讨
一
（≠ ｌ２ ｉ ～ ， ＇） ｊ
（５ １）
此时
～
：
一
ｇｏ ｏ
ｇｏ ｏ
ｇｏ ｏ
ｇ ， ｏ
根据定理 １其对钟条件因其它几个等式 自 ， 动满足， 故
化为
０
一
式 中
（ ６ １）
Ｉ） 一 ＝ １ （
）
（ 。＿ （ ＋ ｎ ２ （ 雷： 『—ａ ｃ０ａｒ ｓｓ０ ８ 。 一 １２ｒ＋）ｓ ２ ）ｉ — ） 。
才具有传递性． 赵峥教授发现， 即使时空在大尺度范围不 具备同时传递性， 但仍可能调整坐标钟走时速率相同， 其
钟速同步的充要条件为
ｆｏ－ （ １ ， 、ｚ ０ ，３ １ ｇ ２）
ｇ ｏ ｏ，
１ 电磁 直 线 加 速 动 态 黑 洞 时 空 中的 同 时面 （ ２ ）
电磁直线加速动态黑洞时空用超前 Ｅ ｄ ｇ ｎＦ ｋｌ ｄｉ ｔ — ｎｅ ｎｏ ｉ — ｓ ｉ坐标表示的线元为 ］ ｔｎ ｅ