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天鵝座X-1和恆星黑洞

快捷方式: 差异相似杰卡德相似系数参考

天鵝座X-1和恆星黑洞之间的区别

天鵝座X-1 vs. 恆星黑洞

天鵝座X-1(簡稱Cyg X-1)是一個银河系内位于天鵝座的双星系统,是著名的X射線源。它在1964年的一次火箭彈道飛行時被發現,是從地球觀測最強的X射綫源之一,其頂峰X射綫通量為2.3 Wm−2Hz−1。天鵝座X-1是最先被廣泛承認為黑洞的候選星體,也是同類星體中最受研究關注的。現在估計其質量為太陽質量的8.7倍,而其密度之高使黑洞成爲唯一一種解釋。如果如此,它的事件視界半徑約為26公里。 天鵝座X-1屬於一個高質量X射線雙星系統,其距離太陽大約6,070光年,另一成員為一顆超巨星變星,編號為HDE 226868。兩者相互圍繞公轉,距離為0.2天文單位,即地球和太陽間距離的20%。該星的星風為X射綫源的吸積盤提供物質。盤的内部溫度達到幾百萬K,因此輻射出X射綫。兩條垂直于吸積盤的相對論性噴流將被吸進的物質噴射出星際空間。 這個系統可能屬於一個名為天鵝座OB3的星協,意味著天鵝座X-1的年齡超過500萬年,並源于一顆質量大於40個太陽質量的原星。這顆原星的大部分質量都散失了,很可能是以星風的形式。如果該星以超新星的形式爆炸,則其威力足以將剩餘物質噴射出這個系統。因此它可能直接坍縮成一個黑洞。 物理學家史蒂芬·霍金和基普·索恩曾拿天鵝座X-1作了一場科學的賭局。當中霍金賭天鵝座X-1不是一顆黑洞。1990年霍金讓步,因爲觀測證據顯示這個系統中存在著引力奇點。. 恆星黑洞(Stellar black hole)是一種大質量恆星(大約20倍太陽質量,但其真實質量並未證實,而且也取決於其他變數)引力坍塌後所形成的黑洞,可以藉由伽瑪射線暴或超新星來發現它的蹤跡,其質量是五至數十倍的太陽質量。目前已知質量最大的恆星黑洞是15.65±1.45倍太陽質量。另外,也有証據證明IC 10 X-1 X-ray是一個擁有24至33倍太陽質量的恆星黑洞。 根據廣義相對論,可以存在任何質量的黑洞。質量越少,形成黑洞所需的密度就越高(參看史瓦西半徑)。直至目前為止,還沒有發現任何可以製造少於1太陽質量的黑洞方法。但如果它們存在,它們極有可能是微黑洞。 恆星的引力坍塌是一個形成黑洞的自然過程。當恆星寿终正寝时,即所有能量耗盡後,引力坍塌是無可避免的事態。如果恆星的坍塌質量低於臨介值時,將會生成白矮星或中子星的緻密星。這些星體擁有最大的質量,所以,如果緻密星的質量超過此臨介值時,引力坍塌會繼續,然後突變為重力坍塌,形成黑洞。雖然還沒證實到中子星的最大質量,但估計也有3倍太陽質量。直至目前為止,質量最小的黑洞大約有3.8倍太陽質量。 另外,也有觀察証據證明有兩種質量比恆星黑洞更大的黑洞,它們是中介質量黑洞(位於球狀星團的中心)和超大質量黑洞(位於銀河系和活動星系核的中心)。 一個黑洞最多只能擁有以下三個特性:質量、電荷和角動量(旋轉)。所有自然生成的黑洞都會旋轉,但並沒有確實觀察旋轉狀況。恆星黑洞的旋轉是因為恆星的角動量守恆而造成的。.

之间天鵝座X-1和恆星黑洞相似

天鵝座X-1和恆星黑洞有(在联盟百科)10共同点: 史瓦西半徑太阳质量中子星廣義相對論光年角动量超新星黑洞银河系致密星

史瓦西半徑

史瓦西半徑(Schwarzschild radius)是任何具有質量的物质都存在的一个臨界半徑特征值。在物理学和天文学中,尤其在万有引力理论、广义相对论中,它是一个非常重要的概念。1916年卡爾·史瓦西首次发现了史瓦西半徑的存在,这个半径是一个球状对称、不自转又不帶電荷的物体的重力场的精确解。该值的含义是,如果特定质量的物质被压缩到该半径值之内,将没有任何已知类型的力(如简并压力)可以阻止该物质自身的重力将自己压缩成一个奇点。 對符合條件(即不自轉、不帶電)的任何物体的史瓦西半徑皆与其质量成正比。理論上,太阳的史瓦西半徑约为3公里,地球的史瓦西半徑只有约9毫米。 一個不少於3.2個太陽質量的星體一旦塌縮至小於它的史瓦西半徑便會因為自身重力塌縮成為一點,从而變成黑洞。对于一个已经形成的黑洞来说,若将史瓦西半徑内的物质看作一个系统,则该系统内的任何物质都无法逃逸出该半径之外。换句话说,该半径也是不带电荷无自转黑洞的视界,光和粒子均无法逃离这个球面。由于黑洞的无毛性(即我们无法得到有关黑洞内部的有效信息),再加上目前所知的科学定律在史瓦西半徑内均会失效,因此我们无法观测或者预测史瓦西半徑内的事件。也就是说,我们无法确切知道黑洞内是否存在一个由某种物质组成的球体,如果存在的话,其球体的半径是多少。正因如此,视界通常被认为是黑洞的表面。又因为黑洞视界本身并不好直接测量,史瓦西半徑等类似方法就作为估算视界半径的方法。银河中心的超大質量黑洞的史瓦西半徑估計约为780万公里。一个平均密度等于临界密度的球体的史瓦西半徑等于我们的可觀測宇宙的半径,也就是說如果可觀測宇宙的平均密度為臨界密度,其本身可被理解為一個黑洞。 然而,旋轉黑洞、帶電荷黑洞及旋轉並帶電黑洞的解則較為複雜,在不同的條件下,它們可以有兩层、一层或者甚至沒有视界。.

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太阳质量

太阳质量(符號為)是天文学上用于测量恒星、星团或星系等大型天体的质量单位,定义为太阳的质量,约为2×1030千克,表示为: 1个太阳质量是地球质量的333000倍。 太陽質量也可以用年的長度、地球和太陽的距離天文單位和萬有引力常數(G)的形式呈現: 現在,天文單位和萬有引力常數的數值都已經被精確的測量,然而,還是不太常用太陽質量來表示太陽系的其他行星或聯星的質量;只在大質量天體的測量上使用。現今,使用行星際雷達已經測出很準確的天文單位和" G ",但是太陽質量在習俗中仍然繼續被當成天文學歷史上未解的謎題來探究。.

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中子星

中子星(neutron star),是恒星演化到末期,經由引力坍縮發生超新星爆炸之後,可能成為的少數終點之一。恆星在核心的氫、氦、碳等元素於核聚变反應中耗盡,当它们最终轉變成鐵元素時便無法从核聚变中获得能量。失去熱輻射壓力支撐的外圍物質受重力牽引會急速向核心墜落,有可能导致外壳的動能轉化為熱能向外爆發產生超新星爆炸,或者根据恒星质量的不同,恒星的内部区域被压缩成白矮星、中子星或黑洞。白矮星被压缩成中子星的過程中恒星遭受劇烈的壓縮使其組成物質中的電子併入質子轉化成中子,直徑大約只有十餘公里,但上面一立方厘米的物質便可重達十億噸,且旋轉速度極快。由於其磁軸和自轉軸並不重合,磁場旋轉時所產生的無線電波等各种辐射可能會以一明一滅的方式傳到地球,有如人眨眼,此時稱作脈衝星。 一顆典型的中子星質量介於太陽質量的1.35到2.1倍,半徑則在10至20公里之間(質量越大半徑收縮得越小),也就是太陽半徑的30,000至70,000分之一。因此,中子星的密度在每立方公分8×1013克至2×1015克間,此密度大約是原子核的密度。 緻密恆星的質量低於1.44倍太陽質量,則可能是白矮星,但质量大於奧本海默-沃爾可夫極限(3.2倍太陽質量)的恆星会继续發生引力坍縮,則無可避免的將產生黑洞。 由於中子星保留母恆星大部分的角動量,但半徑只是母恆星極微小的量,轉動慣量的減少導致轉速迅速的增加,產生非常高的自轉速率,周期從毫秒脈衝星的700分之一秒到30秒都有。中子星的高密度也使它有強大的表面重力,強度是地球的2×1011到3×1012倍。逃逸速度是將物體由重力場移動至無窮遠的距離所需要的速度,是測量重力的一項指標。一顆中子星的逃逸速度大約在10,000至150,000公里/秒之間,也就是可以達到光速的一半。換言之,物體落至中子星表面的速度也將達到150,000公里/秒。更具體的說明,如果一個普通體重(70公斤)的人遇到中子星,他撞擊到中子星表面的能量將相當於二億噸TNT當量的威力(四倍於全球最巨大的核彈大沙皇的威力)。.

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廣義相對論

广义相对论是現代物理中基于相对性原理利用几何语言描述的引力理论。该理论由阿尔伯特·爱因斯坦等人自1907年开始发展,最终在1915年基本完成。广义相对论将经典的牛顿万有引力定律與狭义相对论加以推廣。在广义相对论中,引力被描述为时空的一种几何属性(曲率),而时空的曲率则通过爱因斯坦场方程和处于其中的物质及辐射的能量與动量联系在一起。 从广义相对论得到的部分预言和经典物理中的对应预言非常不同,尤其是有关时间流易、空间几何、自由落体的运动以及光的传播等问题,例如引力场内的时间膨胀、光的引力红移和引力时间延迟效应。广义相对论的预言至今为止已经通过了所有观测和实验的验证——广义相对论虽然并非当今描述引力的唯一理论,但却是能够与实验数据相符合的最简洁的理论。不过仍然有一些问题至今未能解决。最为基础的即是广义相对论和量子物理的定律应如何统一以形成完备并且自洽的量子引力理论。 爱因斯坦的广义相对论理论在天体物理学中有着非常重要的应用。比如它预言了某些大质量恒星终结后,会形成时空极度扭曲以至于所有物质(包括光)都无法逸出的区域,黑洞。有证据表明恒星质量黑洞以及超大质量黑洞是某些天体例如活动星系核和微类星体发射高强度辐射的直接成因。光线在引力场中的偏折会形成引力透镜现象,这使得人们可能观察到处于遥远位置的同一个天体形成的多个像。广义相对论还预言了引力波的存在。引力波已经由激光干涉引力波天文台在2015年9月直接观测到。此外,广义相对论还是现代宇宙学中的的理论基础。.

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光年

光年(light-year)是長度單位之一,指光在真空中一年時間內傳播的距離,大約9.46兆千米(9.46千米或英里。 光年一般用於天文學中,是用來量長度很長的距離,如太陽系跟另一恆星的距離。光年不是時間的單位。 天文學中另三個常用的單位是秒差距、天文單位與光秒,一秒差距等於3.26光年,一天文單位為149,597,870,700公尺,一光秒是光一秒所走的距離為299,792,458公尺。 例如,世界上最快的飛機可以達到每小時1萬1260千米的時速(2004年11月16日,美國航空航天局(NASA)的飛機最高速度紀錄是1萬1260千米/小時),依照這樣的速度,飛越一光年的距離需要用9萬5848年。而常見的客機大約是885千米/小時,這樣飛行1光年則需要122萬0330年。目前人造的最快物體是2016年7月5日抵達木星極軌道的朱諾號(2011年8月5日發射升空),最高速度為73.61千米/秒(即約26萬5000千米/小時),這樣的速度飛越1光年的距離約需要4075年的時間。.

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角动量

在物理学中,角动量是与物体的位置向量和动量相关的物理量。對於某慣性參考系的原點\mathbf,物體的角動量是物体的位置向量和动量的叉積,通常写做\mathbf。角动量是矢量。 其中,\mathbf表示物体的位置向量,\mathbf表示角动量。\mathbf表示动量。角動量\mathbf又可寫為: 其中,I表示杆状系统的转动惯量,\boldsymbol是角速度矢量。 假設作用於物體的外力矩和為零,則物體的角动量是守恒的。需要注意的是,由于成立的条件不同,角动量是否守恒与动量是否守恒没有直接的联系。 當物體的運動狀態(動量)發生變化,則表示物體受力作用,而作用力大小就等於動量\mathbf的時變率:\mathbf.

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超新星

超新星是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸都极其明亮,过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系,并可持续几周至几个月才会逐渐衰减变为不可见,而期间内一颗超新星所辐射的能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相當。恒星通过爆炸会将其大部分甚至几乎所有物质以可高至十分之一光速的速度向外抛散,并向周围的星际物质辐射激波。这种激波会导致形成一个膨胀的气体和尘埃构成的壳状结构,这被称作超新星遗迹。超新星是星系引力波潛在的強大來源。初級宇宙射線有很大的比例來自超新星 。 超新星比新星更有活力。超新星的英文名稱為 supernova,nova在拉丁語中是“新”的意思,這表示它在天球上看上去是一顆新出現的亮星(其實原本即已存在,因亮度增加而被認為是新出現的);字首的super-是為了將超新星和一般的新星有所區分,也表示超新星具有更高的亮度。超新星這個名詞是沃爾特·巴德和弗裡茨·茲威基在1931年創造的。 超新星可以用兩種方式之一觸發:突然重新點燃核融合之火的簡併恆星,或是大質量恆星核心的重力塌陷。在第一種情況,一顆簡併的白矮星可以透過吸積從伴星那兒累積到足夠的質量,或是吸積或是合併,提高核心的溫度,點燃碳融合,並觸發失控的核融合,將恆星完全摧毀。在第二種情況,大質量恆星的核心可能遭受突然的引力坍縮,釋放重力位能,可以創建一次超新星爆炸。 最近一次觀測到銀河系的超新星是1604年的克卜勒之星(SN 1604);回顧性的分析已經發現兩個更新的殘骸 。對其它星系的觀測表明,在銀河系平均每世紀會出現三顆超新星,而且以現在的天文觀測設備,這些銀河超新星幾乎肯定會被觀測到 。它們作用的角色豐富了星際物質與高質量的化學元素。此外,來自超新星向外膨脹的激波可以觸發新恆星的形成。.

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黑洞

黑洞(英文:black hole)是根據廣義相對論所推論、在宇宙空間中存在的一種質量相當大的天體和星體(並非是一般認知的「洞」概念)。黑洞是由質量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗盡後,發生引力坍缩而形成。黑洞的質量是如此之大,它产生的引力场是如此之强,以致于大量可測物质和辐射都无法逃逸,就連传播速度極快的光子也逃逸不出來。由于类似热力学上完全不反射光线的黑体,故名黑洞。在黑洞的周圍,是一個無法偵測的事件視界,標誌著無法返回的臨界點,而在黑洞中心有一個密度趨近於無限的奇異點。 當恆星內部氫元素全部核融合完畢時,因燃料用完無法抵抗自身重力而開始向內塌陷,但隨著壓力越來越高,內部的重元素會重新開始燃燒導致瞬間膨脹,這時恆星的體積將暴增至原先的數十倍至百倍,這便是紅巨星,質量更大的恆星則會發生超新星爆炸,無論是紅巨星或是超新星,都會將外部物質全部吹飛,直到連重元素也燒完時,重力又會使得恆星繼續向內塌陷,最後形成一顆與月球差不多大小的白矮星,質量稍大的恆星則會形成中子星,會放出規律的電磁波,至於質量更大的恆星則會繼續塌陷,強大的重力使周圍的空間產生扭曲,最後形成一個密度每立方公分約一億噸的天體:「黑洞」。直至目前為止,所發現質量最小的黑洞大約有3.8倍太陽質量。 黑洞無法直接觀測,但可以藉由間接方式得知其存在與質量,並且觀測到它對其他事物的影響。藉由物體被吸入之前因高熱而放出紫外線和X射線的「邊緣訊息」,可以獲取黑洞的存在的訊息。推測出黑洞的存在也可藉由間接觀測恆星或星際雲氣團繞行黑洞軌跡,來取得位置以及質量。 黑洞是天文物理史上,最引人注目的題材之一,在科幻小說、電影甚至報章媒體經常可見將黑洞作為素材。迄今,黑洞的存在已得到天文學界和物理學界的绝大多數研究者所認同,並且天文界不時提出於宇宙中觀測到已存在的黑洞。 根據英國物理學者史蒂芬·霍金於2014年1月26日的論據:愛因斯坦的重力方程式的兩種奇點的解,分別是黑洞跟白洞。不過理論上黑洞應該是一種「有進沒出」的天體,而白洞則只能出而不能進。然而黑洞卻有粒子的輻射,所以不再適合稱其名為黑洞,而應該改其名為「灰洞」,先前認為黑洞可以毀滅資訊情報的看法,是他「最大的失誤」。.

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银河系

銀河星系(古稱银河、天河、星河、天汉、銀漢等),是一個包含太陽系 的棒旋星系。直徑介於100,000光年至180,000光年。估計擁有1,000億至4,000億顆恆星,並可能有1,000億顆行星。太陽系距離銀河中心約26,000光年,在有著濃密氣體和塵埃,被稱為獵戶臂的螺旋臂的內側邊緣。在太陽的位置,公轉週期大約是2億4,000萬年。從地球看,因為是從盤狀結構的內部向外觀看,因此銀河系呈現在天球上環繞一圈的帶狀。 銀河系中最古老的恆星幾乎和宇宙本身一樣古老,因此可能是在大爆炸之後不久的黑暗時期形成的。在10,000光年內的恆星形成核球,並有著一或多根棒從核球向外輻射。最中心處被標示為強烈的電波源,可能是個超大質量黑洞,被命名為人馬座A*。在很大距離範圍內的恆星和氣體都以每秒大約220公里的速度在軌道上繞著銀河中心運行。這種恆定的速度違反了开普勒動力學,因而認為銀河系中有大量不會輻射或吸收電磁輻射的質量。這些質量被稱為暗物質。 銀河系有幾個衛星星系,它們都是本星系群的成員,並且是室女超星系團的一部分;而它又是組成拉尼亞凱亞超星系團的一部分。整個銀河系對銀河系外的參考坐標系以大約每秒600公里的速度在移動。.

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致密星

致密星是白矮星、中子星、奇特星、黑洞等一类致密天体的总称,它们与正常星的主要区别是不再有核燃料进行聚变反应,热压力不足以与自身的引力保持平衡,因而塌缩成尺度非常小、密度非常大的天体。致密星通常是恒星演化末期的终结形态,恒星演化为何种致密星主要取决于恒星的质量。一般来說,质量在1倍至6倍太阳质量的恒星最终演化成白矮星,并伴随有质量损失,其外壳向外抛出,形成行星状星云。质量为3至8倍太阳质量的恒星演化成中子星,更大质量的恒星则坍缩成黑洞。.

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天鵝座X-1和恆星黑洞之间的比较

天鵝座X-1有93个关系,而恆星黑洞有28个。由于它们的共同之处10,杰卡德指数为8.26% = 10 / (93 + 28)。

参考

本文介绍天鵝座X-1和恆星黑洞之间的关系。要访问该信息提取每篇文章,请访问: