恒星的演化与黑洞和白洞的研究进展

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1、万方数据2009年9月第29卷第5期天水师范学院学报JounlalofTianshuiNo珊alUniversit)rsep．，2009V01．29No．5恒星的演化与黑洞和白洞的研究进展赵亚丽，朱巧军，高建平，陈月玲(甘肃中医学院公共课部，甘肃兰州730000)摘要：在宇宙中存在着大量的恒星，其中许多已经死亡，探索黑洞、白洞的存在对解决宇宙中大质量恒星的最终归宿问题有着重要意义．任何物质和光进入黑洞，就再也无法从其内逃脱出来，致使观测者无法通过实验直接观看到它，因此黑洞是否存在至今尚未定论．但目前理论认为黑洞会发出大量X射线，探测来自宇宙的X射线源和推算致密天体质

2、量已成为当代物理学和天文学领域最前沿的课题．关键词：恒星；演化；黑洞；白洞；X射线中图分类号：P145．8文献标识码：A早在1783年，剑桥大学的学监在《伦敦皇家学会哲学学报》上发表了一篇文章，他指出，一个质量足够大并足够紧致的恒星会有强大的吸引场．以至于连光线都不能逃逸——任何从恒星表面发出的光．还没到达远处就会被恒星的引力吸引回来．【l】这正是我们现在称为黑洞的天体．18世纪著名的法国数学家拉普拉斯在1795年通过计算得出：如果天体的质量非常大时．根据牛顿万有引力定律，其引力将极其大．以至于光也不能从这样的天体上射到外部空间去．外部的人就看不到它，则该天体是“黑

3、的”．1939年．奥本海默和他的研究生斯奈德用广义相对论分析了气体球塌缩后得出结论．认为在宇宙中是有暗星存在的．但“黑洞”一词作为物理学名词是由美国天体物理学家约翰·惠勒1967年正式提出的．在此之前．人们是用暗星、冻结星、坍缩星这类名词来称呼黑洞的．近年来随着人们对宇宙发展研究的深入．当质量较小的恒星演化形成的最终产物——自矮星、中子星已被证实在宇宙中存在时．那么大质量的恒星在演化过程中形成的最终产物——黑洞在宇宙中也应该存在．但因为任何物质和光进入黑洞．就再也无法从其内逃脱出来．致使观测者无法通过实验直接观看到它．因此黑洞是否存在至今尚未定论．如果黑洞存在．则它

4、的对称物——白洞也就应该存在．银河系大约有l千亿颗可见恒星．在宇宙中存在着更多的恒星，其中许多已经死亡．研究黑洞、白洞对解决宇宙中大质量恒星的最终归宿问题有着重要意义，本文就恒星的演化、黑洞、白洞的形成及其特征、宇宙中X射线源的探究等方面进行阐述．以期为收稿日期：2009一07—2l作者简介：赵亚丽(19怍)，女，陕西米脂人，甘肃中医学院公共课部教师文章编号：1671一135l(2009)05—0079—03今后相关研究提供一些有益的参考．1恒星的演化与黑洞的形成人类要认识恒星级黑洞的形成过程．就应先认识恒星的演化过程．在恒星的演化过程中．恒星通过内部氢_氦聚变放出

5、大量的能量．形成主序星．由于氢、氦燃料不断燃烧．在演化晚期，氢、氦燃料消耗完后．恒星会在其自身引力的作用下不断收缩．其核心密度越来越大．引力越来越强．最终变成为高度压缩状态．按恒星质量的大小，最终坍缩成白矮星、中子星或黑洞．自身质量较小的恒星会演化形成白矮星、中子星；自身质量较大的恒星会形成黑洞，所以恒星最终是形成黑洞．还是白矮星或中子星。取决于恒星质量的大小．当恒星的质量小于或等于1．2。1．4倍的太阳质量(Chandmsekhar极限)时．在恒星中产生的费米电子简并压力能够与恒星的自身引力抗衡．这样就阻止了恒星的进一步坍缩．并最终演化成白矮星．质量再大一些的恒星

6、．即质量大于1．2～1．4倍太阳的质量，由于恒星自身质量越大。其引力也越大。恒星中产生的费米电子简并压力已不能与恒星的自身引力抗衡了，从而引起恒星的进一步坍缩．并使超新星爆发向外喷发大量物质和辐射．剩余的密度极高的核将电子吸人原子核。并与核中的质子结合成中子．此时恒星的残余物质就主要由中子组成．而恒星中由中子产生的中子简并压远大于费米电子简并压．这时中子简并压力又能够平衡恒星自身的引力收缩．这样恒星就演化成密度为几亿讹m。的中子星．79万方数据当恒星的质量大于3倍的太阳的质量(Oppenh—eime卜Volkoff极限)时．因恒星自身引力的进一步加大。导致中子简并压

7、力不能与引力抗衡．这时在已知的物理学范畴内已找不到一种力可以和坍缩引力抗衡，收缩将不可阻挡．星体将在不到ls内迅速坍缩到施瓦西半径之内．这时恒星就演化成体积无限小而密度“无限大”的奇态星体．其周围存在着极其强的引力场，致使时空极度弯曲、时间无限膨胀而形成一个黑洞．科学家认为．并不是质量超过3倍太阳质量的主序星就能够演化成黑洞．据估计只有当主序星的质量达到20倍太阳的质量以上才能演化成黑洞．因为主序星在形成黑洞时也有激烈的超新星爆发．最后剩余的致密核心残骸才是形成黑洞的物质．关于超大质量黑洞形成原因的说法有很多．比如形成于大量恒星致密聚集的一个区域．或由一些恒星形