天文学概论12中子星和类星体
中子星
中子星中子星，又名波霎（注：脉冲星都是中子星，但中子星不一定是脉冲星，我们必须要收到它的脉冲才算是）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。
简而言之，即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恒星和黑洞的星体，其密度比地球上任何物质密度大相当多倍。
1概述序言中子星-内部结构模型图如果你为白矮星的巨大密度而惊叹不已的话，这里还有让你更惊讶的呢！我们将在这里介绍一种密度更大的恒星：中子星。
简介中子星(15张)中子星是除黑洞外密度最大的星体，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。
中子星的密度为千克/立方厘米，也就是每立方厘米的质量竟为一亿吨之巨！是水的密度的一百万亿倍。
对比起白矮星的几十吨/立方厘米，后者似乎又不值一提了。
如果把地球压缩成这样，地球的直径将只有243米!事实上，中子星的质量是如此之大，半径十公里的中子星的质量就与太阳的质量相当了。
同白矮星一样，中子星是处于演化后期的恒星，它也是在老年恒星的中心形成的。
只不过能够形成中子星的恒星，其质量更大罢了。
根据科学家的计算，当老年恒星的质量为太阳质量的1.3~3.2倍时，它就有可能最后变为一颗中子星，而质量小于1.3个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。
但是，中子星与白矮星的区别，不只是生成它们的恒星质量不同。
它们的物质存在状态是完全不同的。
简单地说，白矮星的密度虽然大，但还在正常物质结构能达到的最大密度范围内：电子还是电子，原子核还是原子核，原子结构完整。
而在中子星里，压力是如此之大，白矮星中的简并电子压再也承受不起了：电子被压缩到原子核中，同质子中和为中子，使原子变得仅由中子组成。
而整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的。
可以这样说，中子星就是一个巨大的原子核。
中子星的密度就是原子核的密度。
类星体
越来越多的证据显示，类星体实际是一类活动星系核 (AGN)。而普遍认可的一种活动星系核模型认为，在星系的 核心位置有一个超大质量黑洞，在黑洞的强大引力作用下， 附近的尘埃、气体以及一部分恒星物质围绕在黑洞周围， 形成了一个高速旋转的巨大的吸积盘。在吸积盘内侧靠近 黑洞视界的地方，物质掉入黑洞里，伴随着巨大的能量辐 射，形成了物质喷流。而强大的磁场又约束着这些物质喷 流，使它们只能够沿着磁轴的方向，通常是与吸积盘平面 相垂直的方向高速喷出。如果这些喷流刚好对着观察者， 就能观测到类星体。
类星体是类似恒星天体的简称， 类星体是类似恒星天体的简称， 又称为似星体、魁霎或类星射电源， 又称为似星体、魁霎或类星射电源， 与脉冲星、 与脉冲星、微波背景辐射和星际有机 分子一道并称为20世纪60 20世纪60年代天文学 分子一道并称为20世纪60年代天文学 四大发现” 长期以来， “四大发现”。长期以来，它总是让 天文学家感到困惑不解。 天文学家感到困惑不解。类星体是迄 今为止人类所观测到的最遥远的天体， 今为止人类所观测到的最遥远的天体， 距离地球至少100亿光年。 100亿光年 距离地球至少100亿光年。类星体是 一种在极其遥远距离外观测到的高光 度和和强射电的天体。 度和和强射电的天体。类星体比星系 小很多， 小很多，但是释放的能量却是星系的 千倍以上， 千倍以上，类星体的超常亮度使其光 能在100 100亿光年以外的距离处被观测 能在100亿光年以外的距离处被观测 据推测， 100亿年前 亿年前， 到。据推测，在100亿年前，类星体 比现在数量更多，光度更大。 比现在数量更多，光度更大。
20世纪六十年代，天文学家 在茫茫星海中发现了一种奇特 的天体，从照片看来如恒星但 肯定不是恒星，光谱似行星状 星云但又不是星云，发出的射 电(即无线电波)如星系又不是 星系，因此称它为“类星体[1] 类星体[1] 类星体[1]”。 类星体的发现，与宇宙微波背 景辐射、脉冲星、星际分子并 列为20世纪60年代天文学四大 发现。
天文学概论尔雅
1有人将亚里士多德的“第五元素”与暗能量相提并论，还有人提到了所谓“幻影能量”。
从现代科学的角度出发，对于这些观点，以下分析正确的是（）。
∙A、亚里士多德在世时便预见了暗能量的存在∙B、面对暗能量的不可知，人们沮丧之余只能从远古圣贤那里寻求慰藉∙C、暗能量就是等同于第五元素、幻影能量∙D、第五元素、幻影能量等名词只是一个借用，提到它们是为了方便人们理解目前未知性仍然很大的暗能量2关于目前所知的暗物质和暗能量，以下性质的配对错误的是（）。
∙A、暗物质-不发光∙B、暗能量-不可探测∙C、暗物质-存在引力∙D、暗能量-成团分布3在个人画作中直接记录了“哲学三问”的著名画家是（）。
∙A、梵高∙B、高更∙C、莫奈∙D、毕加索4“宇宙三问”指的是除了（）的三个问题。
∙A、宇宙如何创生？∙B、宇宙何时创生？∙C、宇宙如何终结？∙D、宇宙何时终结？5古代中国的诸子百家当中，其思想表述与奇点问题不谋而合的当属（）。
∙A、儒家∙B、道家∙C、法家∙D、墨家6关于温伯格、奥本海默、教皇保罗二世等人关于奇点问题的言论所反映出的态度，以下概括不合理的是（）。
∙A、奇点问题是人类文明辛辛苦苦积累起来的所有的物理概念所不能接受的∙B、奇点问题就是上帝的工作而不是科学的∙C、现代科学在探索奇点问题上忧虑重重∙D、单纯凭借机械性的科学知识很难对奇点问题有所理解7宇宙标准模型中，时间是宇宙创生的（）秒之后开始的。
∙A、10^(-4)∙B、10^(-10)∙C、10^(-36)∙D、10^(-44)8由宇宙创生时正反粒子的数量比(10亿+1):10亿，可以知道现今宇宙的光子与重子的数量比应该是（）。
∙A、(10亿+1):10亿∙B、1:1∙D、10亿:09在美学上，什么样的形象是美感最高的？（）∙A、完全对称∙B、彻底破缺∙C、总体对称，细节破缺∙D、总体破缺，细节对称10下列名词或人物，与“对称与破缺”无关的是（）。
天文学中的星体分类
天文学中的星体分类星体分类是天文学中的基础领域之一。
它主要是为了更好地了解和研究各种天体的特征和性质，以及它们在宇宙中的角色和作用。
在天文学中，星体可以分为多种类别。
一、恒星恒星是天文学中最常见的天体类型之一。
它们是由氢、氦等元素组成的热核聚变反应的产物。
恒星的分类主要是根据它们的温度、光度和质量等方面来进行的。
它们被划分为多个类别，包括红色矮星、白矮星、脉冲星、中子星和黑洞等。
1、红色矮星红色矮星（Red dawrf）是恒星中最小和最冷的一类，其质量比太阳小至不到0.5倍。
它们的表面温度通常在4000—3000K之间，寿命很长，被认为可以存在几十亿年左右。
2、白矮星和红色矮星相比，白矮星的质量要大，通常在0.5到1.4倍太阳质量之间，而半径比太阳小得多。
它们的表面温度很高，通常在10,000-100,000K之间。
白矮星的寿命比较短，通常在10亿年以下。
3、脉冲星脉冲星（Pulsar）是一种具有极高自转速度的中子星残骸，其磁场强度非常高，可以达到10^12到10^13高斯。
它们的旋转周期通常在毫秒或秒级，由于不规则的物质吸积，它们会不时地“脉冲”，这就是脉冲星的名字来源。
4、中子星中子星（Neutron star）是通过恒星的爆炸和残骸形成的一类含有非常高密度物质的恒星。
它们的质量通常在1.4倍太阳左右，而半径只有几十千米，密度高达10^15克/立方厘米。
中子星的温度可以很高，通常在10^6到10^7K之间。
5、黑洞黑洞（Black hole）是恒星的另一种极端状态。
它们形成于恒星爆炸后，残骸的部分物质被压缩成为一个极其致密且引力极强的天体。
它们的质量可能达到数百倍于太阳，但其半径却非常小。
黑洞的质量和自转速度会控制其吸积和排放的物质量和速度，使它们成为极其活跃和强光源。
二、行星行星是太阳系中的天体，绕太阳运行且没有发光。
行星可以分为气态行星和岩石行星，每个类型均有不同的特征和属性。
1、气态行星气态行星（Gas giant）是一种质量很大、体积很大的行星，它们通常由氢、氦、甲烷、氨等气体和冰组成。
天文学概念知识：奇异星体和中子星的性质和演化
天文学概念知识：奇异星体和中子星的性质和演化奇异星体和中子星是宇宙中相当神秘的天体，它们以其无比巨大的质量和高速旋转的惊人特性吸引着我们的视线。
本文将从奇异星体和中子星的性质、演化以及其在宇宙中的重要性等方面进行深入探讨。
一、奇异星体的性质奇异星体（strange star）又称锟斯勒黑洞（quark star），是一种由夸克物质组成的致密天体。
它的直径约为20km，体积只有普通恒星的千万分之一，但质量却能达到太阳质量的2-3倍，在宇宙中也是少见的高密度物体之一。
奇异星体的特点是其涌流密度极大，足以让全部夸克被束缚在一起，形成一个大质团。
同时，动力学上的稳定性能够保证它不会坍塌进入黑洞状态。
因此，奇异星体是黑洞的天然竞争对手。
根据理论计算，奇异星体较受热情的反应条件下能够产生大量的中微子或γ射线。
尽管奇异星体还没有被直接探测到，但这些特性仍然能为我们提供对其性质的有益推测。
二、中子星的性质中子星是一种由中子组成的致密天体。
它的体积只有普通恒星的千亿分之一，但质量可达到太阳质量的2倍至2.5倍。
中子星的密度很大，估计为核物质的密度，因此，中子星的物理性质与原子核更为相似。
中子星是由原本的恒星通过演化后产生受足够大的引力压缩的状态，而其中的电子会与质子合并进入中子，从而形成中子星。
此时，中子星会产生极高的密度，相信这种密度甚至能使得“物态“转变，产生一种奇特和奇怪的新形态。
同时，中子星也会产生强烈的电磁场，使其在旋转时产生强大的涡流和辐射。
由于中子星的密度大、重力强、旋转速度快，因此，它的表面也会出现一些奇特的天文现象，如扭曲空间、引力透镜效应等等。
中子星的这些特性给人类的物理学和天文学带来了巨大的启示。
三、中子星的演化中子星的演化是一个非常复杂的过程。
研究表明，中子星可以通过几个阶段快速演变，从最初的核爆炸到最终的稳定状态。
中子星的演化最初是由在恒星的高温和高压条件下发生的核反应开始的。
当整个核反应时刻消耗着中子、质子和其他原子核粒子时，中子星的密度会增加，并且反应速度也会显着增加。
类星体的名词解释
类星体的名词解释类星体（quasar）是宇宙中最亮的天体之一，因其光谱性质和强烈的电波辐射而备受科学家的瞩目。
本文将对类星体的相关概念做出解释，从其定义、诞生、特征以及对宇宙研究的重要意义等方面进行探讨。
一、类星体的定义与发现类星体一词源自"quasi stellar radio sources"（类星状射电源），1950年代初被喷射天体学家中谷宗一郎首次提出，他发现了一些光谱来源与恒星相似，但光度极高、红移较大的天体。
这些天体分布在各个红移处于几千至数万之间的宽谱线源中。
二、类星体的诞生机制类星体的形成机制至今仍然未知，但主流观点认为，类星体是由于超大质量黑洞（supermassive black hole）的活动所导致的。
超大质量黑洞是质量达到数百万或上亿倍太阳质量的黑洞，它们存在于星系中心，并通过吸积物质释放出强烈的辐射。
当物质被黑洞吞噬时，会形成一个称为“吸积盘”的旋转物质环，这个吸积盘会产生大量的能量，导致类星体的亮度非常高。
三、类星体的特征与分类类星体有着独特的光谱特征，其中包括宽谱线、高红移、强电波辐射等。
它们通常具有极高的亮度，有些类星体的亮度甚至超过整个星系的总亮度。
此外，类星体的光度变化很快，光谱线质量也随时间而变化。
根据光谱特征和红移值的不同，类星体常被分为狭线型类星体（narrow-line quasar）、平脸型类星体（broad-line quasar）以及线型类星体（radio-loud quasar）等不同类型。
四、类星体对宇宙研究的重要意义类星体对宇宙研究提供了重要的线索和数据。
首先，通过观察类星体的红移值，我们可以了解到宇宙的膨胀速度和演化历史，从而验证宇宙大爆炸理论。
其次，类星体在宇宙中广泛分布，研究其分布规律和演化过程可以揭示宇宙结构和星系形成的规律。
另外，类星体的强烈辐射也为宇宙早期星系和星系团的形成提供了重要的信息。
此外，类星体还可以用作天体物理学中的标准光源，用于距离测量和宇宙学研究等领域。
大学《地球概论》期末复习名词解释总结
1、恒星：恒星是由炽热气体组成的能自身发光的球形或类球形天体。
2、恒星自行：恒星的空间速度可以分解为视向速度和切向速度，由切向速度所带来的恒星相对星空的位移。
3、绝对星等：在标准距离10个秒差距下恒星的亮度称为恒星的绝对亮度（即恒星的光度），其星等叫绝对星等。
4、秒差距：指恒星的周年视差为1个角秒时恒星到地球的距离为1个秒差距。
5、光年：光在一年中的行程，1光年=1年×3×105km/s=9.46×1012公里。
6、大地水准面：是指海面或平均海面及其在陆地下的延伸所构成的一个闭合的环球水准面。
7、行星逆行：指行星相对于恒星视位置的变动。
下合前后的地内行星和冲日前后的地外行星，相对于恒星，其视位置的移动方向与其公转方向相反，称为行星的逆行。
8、太阳回归运动：太阳在天赤道南北的往返运动，或太阳反复回归天赤道的运动。
9、太阳风：日晃中的质子，电子等不断摆脱太阳引力而奔向行星际空间，由此而形成的以质子、电子为主要成分的带电粒子流，叫太阳风。
10、地理经度：指当地经线所在平面与本初子午线所在平面之间的二面角。
用λ表示，顺地球自转方向度量为东经，记为ºE，逆地球自转方向度量为西经，记为ºW，取值分别为0º～180º.11、恒星年：以恒星为参照物，地球在公转轨道上运行一周所用的时间，其值为365.25636日。
12、引潮力：地球表面各地所受天体的实际引力与地心处所受引力的差值，为该天体对地球的引潮力。
10、太阳系：在中心天体太阳的引力作用下，由行星及其卫星、小行星、彗星、流星体和星际物质等组成的天体系统。
11、海洋潮汐现象：受天体引潮力作用，全球海水所发生的周期性涨落现象。
12、食分：食甚时日面或月面被掩饰的最大深度。
13、太阳日：以太阳为参照物，地球自转一周所用的时间。
14、恒星月：月球相对于恒星星空绕转一周所用的时间。
15、地磁要素：磁场强度β的大小，磁偏角D和磁偏角I，称为地磁要素。
天文学中的中子星与脉冲星与引力波
天文学中的中子星与脉冲星与引力波引言：天文学作为一门研究宇宙中天体及其现象的科学，一直以来都充满了未知和神秘。
其中，中子星、脉冲星以及引力波是近些年来备受关注的热门话题。
本文将详细介绍中子星、脉冲星和引力波的概念、特征以及它们在天文学领域中的重要意义。
一、中子星中子星是宇宙中一种极为密集的天体，是恒星演化过程中质量较大的恒星在耗尽核燃料后所形成的残骸。
中子星的密度极高，可以达到1个立方厘米内有数十亿吨的水平。
据科学家的估测，中子星的直径大约在10到20千米之间，质量通常在1到2倍太阳质量之间。
二、脉冲星脉冲星是一类高度致密的中子星，其特征是发出规律的脉冲射电波。
这种规律的脉冲信号与脉冲星的自转周期紧密相关。
脉冲星的自转周期一般在毫秒到几秒之间，其中最快的脉冲星甚至可以达到纳秒级别。
脉冲星作为天体中的一种特殊存在，对于理解宇宙的星际介质、磁场以及引力场等方面都具有重大意义。
三、引力波引力波是爱因斯坦广义相对论的重要预言之一，是一种由质量和能量分布在空间中产生的引力场扰动，类似于投入平静湖面的石块引发的涟漪。
引力波在传播过程中是以光速进行的，具有极其微弱的幅度，因此在很长一段时间内被科学家们难以直接探测到。
四、中子星与引力波关系中子星是引力波的重要天体源，当两颗中子星合并或者发生爆炸等现象时，会释放出大量能量，引起引力波的产生。
经过多次观测和探测，科学家们在2017年成功探测到了由两个中子星合并所产生的引力波信号。
这一发现一方面证实了爱因斯坦的引力波假设，另一方面也揭示了中子星合并过程所涉及的丰富物理现象。
五、脉冲星与引力波关系脉冲星的自转速度非常稳定，因此被广泛应用于引力波的探测和研究中。
脉冲星时钟在引力波通过时会受到微弱的扰动，这种扰动可以被敏感的地面探测仪器所记录下来。
通过脉冲星的时序变化，科学家们可以获得引力波的传播速度、频率等重要信息，推动了引力波研究的深入发展。
结论：中子星、脉冲星以及引力波是天文学中重要的研究对象，它们不仅令我们对宇宙的演化和结构有了更深入的认识，也开辟了新的研究领域和视野。
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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。
1967年，英国科学家休伊什和他的研究生乔 丝琳·贝尔首先发现了脉冲星。 经过计算， 它的脉冲强度和频率只有像中子星那样体积 小、密度大、质量大的星体才能达到。
1968年6月，美国康奈尔大学的T.Gold在《 自然》杂志上发表文章，明确指出人们发现 的脉冲星是快速自转的中子星。
这样，中子星才真正由假说成为事实。
=> 一些天体上快速脉冲（光学和射电）辐射可以解释 成中子星的旋转周期。
脉冲/中子星
中子星表面的温度约 1 million K.
Cas A in X-rays
维恩（Wien）位移定律 lmax = 3,000,000 nm / T[K] 给出最大波长lmax = 3 nm, 对应于X-rays.
脉冲星周期
脉冲星行星
有些脉冲星周围有行 星。
类似脉冲星双星,这可 以通过亮度变化发现 脉冲星的周期。
当行星绕脉冲星转动时 它们会引起脉冲星摇摆， 导致观测到的脉冲星的 周期轻微的变化。
中子星——黑洞
就像白矮星 (钱德拉塞卡极限: 1.4 Msun), 中子星也有一 个质量限制:
中子星的质量不能超过> 3 Msun
脉冲星的发现
1967年，英国剑桥新建造了射电望远镜，这是一种新型的望远镜， 它的作用是观测射电辐射受行星际物质的影响。整个装置不能移动， 只能依靠各天区的周日运动进入望远镜的视场而进行逐条扫描。1967 年7月，这台仪器正式投入使用，接受波长为 3.7米。用望远镜观测并 担任繁重记录处理的是休伊什的女博士研究生乔斯琳·贝尔。在观测的 过程中，细心的贝尔小姐发现了一系列的奇怪的脉冲，这些脉冲的时 间间距精确的相等。贝尔小姐立刻把这个消息报告给她的导师休伊什， 休伊什认为这是受到了地球上某种电波的影响。但是，第二天，也是 同一时间，也是同一个 天区，那个神秘的脉冲信号再次出现。这一次 可以证明，这个奇怪的信号不是来自于地球，它确实是来自于天外。
双星系统中的中子星: X-ray双星
Example: Her X-1 中子星和吸积盘周期
2 Msun (F-type) star
性被蚀
Neutron star Orbital period =
1.7 days Accretion disk material heats to several million K => X-ray emission
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。
蟹状星云脉冲星(2)
我们知道没有任何一种机制可以阻止质量> 3 Msun. 的致密天体塌缩。
它会塌缩成一个简单地点-奇点:
=> 一个黑洞!
类星体（Qusar）
类星体，又称为似星体、魁霎或类星射电源， 与脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子一 道并称为1960年代天文学“四大发现”。
类星体的发现
1960年天文学家们发现了射电源3C 48的光学对应 体是一个视星等为16等的恒星状天体，周围有很暗的 星云状物质。令人不解的是光谱中有几条完全陌生的 谱线。1962年，又发现了在射电源3C 273的位置上有 一颗13等的“恒星”。使天文学家同样困惑的是其光 谱中的谱线也不寻常。--------类星电波源
天文学概论12中子星和类星体
中子星（Neutron Stars）
最早提出中子星设想的是前苏联著名物理学家 朗道（Landau，Lev Davidovich 1908～ 1968）。1932年，英国物理学家查德威克发 现中子的消息传到哥本哈根不久，正在丹麦访 问的朗道就预言，可能存在由中子组成的致密 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。
的观测。
舆论一片哗然。英国著名天文学家霍伊尔爵 士在伦敦《泰晤士报》发表谈话，他认为，贝尔 应同休伊什共享诺贝尔奖，并对诺贝尔奖委员会 授奖前的调查工作欠周密提出了批评，甚至认为 此事件是诺贝尔奖历史上一桩丑闻、性别歧视案。 霍伊尔还认为，贝尔的发现是非常重要的，但她 的导师竟把这一发现扣压半年，从客观上讲就是 一种盗窃。更有学者指出，“贝尔小姐作出的卓 越发现，让她的导师休伊什赢得了诺贝尔物理 奖”。