相对论天体物理

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1、纪念广义相对论创立100周年DOI:10.13405/j.cnki.xdwz.2015.05.003相对论天体物理袁业飞（中国科学技术大学天文学系230026）广义相对论在弱场条件下，例如在地面实验室和它的致密参数为ϵ~0.1。对黑洞来说，致密参数约为太阳系中得到很好的验证，但还缺乏强引力场条件下ϵ~1，因此中子星表面和黑洞视界附近的引力场非常的检验。广义相对论在强场下的检验，以及引力波的强。探测必须在包含中子星和黑洞这样致密天体的系统中1.中子星和脉冲星进行，这是相对论天体物理最重要的研究课题。从天早在1932年，在查德威克发现中子之后不久，文学的角度来说，相对论天体物理

2、的研究意义在于：朗道就提出了中子星的概念。中子星是通过中子的费黑洞或中子星吸积气体释放引力能是绝大多数高能米简并压与自身引力相抗衡的处于流体静力学平衡的天体源或现象，例如，X射线双星、活动星系核和伽相对论性天体。类似于白矮星，中子星存在约为3.2玛射线暴等的能源；现代天文研究还发现，每个星倍太阳质量的最大质量—奥本海默极限。1934年，天系中心都有一个超大质量黑洞，甚至是双超大质量文学家就猜测中子星诞生于超新星爆发，是大质量恒黑洞。黑洞吸积周围的气体释放的能量，通过反馈星死亡之后留下来的遗迹。早期对中子星热辐射的研决定了星系核球的质量，即所谓的星系、活动星系究表明，中子星在

3、观测上可能表现为半径约为10千米、核和大质量黑洞是共同演化的。因此，如何搜寻黑洞、中心波长在软X射线波段的热辐射源。富有戏剧性的中子星，以及极端致密的双星系统（重要的引力波波是中子星却在1967年意外地以射电脉冲星的形式被源）是当今天文学与物理学研究中的重大基本问题。发现了。随后大量的射电脉冲星被发现，中子星的概12天体物理黑洞本身不发光，但是黑洞视界附近的气念才被普遍接受。典型脉冲星的表面磁场高达10高体和恒星（包括脉冲星）可以作为研究黑洞视界附斯，自转在几毫秒到几秒之间。转动的磁场产生电场，近强引力场的探针。在本文中，我将简要介绍脉冲星、电场加速脉冲星磁层中的带电粒子到

4、相对论性速度，黑洞X射线双星和类星体、伽玛暴以及黑洞的探测和黑洞的基本参数测量，最后简单介绍引力透镜的辐射束基本原理和观测。自转轴某天体引力场的强弱可以用如下的致密参数ϵ表征，ϵ值越小，该天体的引力场越弱，当ϵ接近1表热斑示引力场为强场。致密参数的定义为引力场中检验粒子的引力能与它静止质量对应的能量之比：中子星2GMm/RGM/cRg磁轴ϵ==2≡，mcRR其中M和R分别为天体的质量和半径，m为检验2粒子的静止质量，Rg=GM/c为星体的引力半径。对磁场线-10地球和太阳来说，它们的致密参数分别为ϵ~7×10~辐射束-62×10，可以看出太阳系的引力场比较弱。中子星的典型质

5、量约为1.4倍太阳质量，半径约为15千米，图1射电脉冲星辐射的灯塔模型27卷第5期(总161期)9纪念广义相对论创立100周年相对论性带电粒子在磁场中辐射方向性很好的电磁波并合等剧烈爆发事件是重要的引力波波源（详见本刊束。随着中子星的转动，辐射束可能周期性地扫过地2015年第5期（第40页）文章《引力波探测和引力球——类似于灯塔（如图1），在观测上表现为脉冲星。波天文学》）。射电脉冲星，以及后来发现的伽玛射线脉冲星都是孤2.伽玛射线暴立的中子星，它们的能源来自中子星的转动能，即所伽玛暴是宇宙中短时标的伽玛射线波段的爆发现谓的转动供能的中子星。第二类中子星品种是磁星，象，它的

6、持续时间从几秒到十几秒之间，最长的可达15磁星的磁场高达10高斯，但自转较慢，典型的周期千秒的量级（如图2）。伽玛暴最早于20世纪60年为十几秒，它的转动能要远远低于它的磁能。处于宁代被美国发射的用于监测地面核爆炸试验的伽玛射线静态的磁星在观测上表现为反常X射线脉冲星，爆发卫星探测到。由于伽玛射线卫星的空间定位精度很时，在观测上表现为软伽玛射线重复爆。无论是宁静差，难以精确测定伽玛暴的空间方位和距离，阻碍了态还是爆发态，磁星的能源主要来自磁场衰减释放的对伽玛暴本质的认识。1997年意大利-荷兰的卫星磁能。第三类品种是吸积供能的X射线脉冲星，首先BeppoSAX发现伽玛暴在爆

7、发几个小时之后仍有X它存在于双星系统中，伴星一般是一颗普通的恒星。射线余辉辐射，大大提高了伽玛暴的定位精度，随中子星吸积伴星的气体，释放引力能，发射X射线热后地面光学和射电望远镜跟踪观测发现了伽玛暴的辐射，脉冲的周期性变化是由于双星相互掩食产生的。光学余辉和射电余辉，对伽玛暴进行了精确定位，脉冲星是宇宙中最精确的时钟,其信号周期的精找到了它的寄主星系，确定伽玛暴处于宇宙学距离。确度能够超过原子钟,因此，轨道致密的脉冲星双星伽玛暴爆发总能量与超新星爆发的总能量相仿，是宇系统是理想的强引力场检验的实验室。脉冲星的伴星宙