平衡过程的黑洞热力学

Bekenstein,Hawking,Gibbons和Perry先后讨论过将一个Schwarzschild黑洞置于一个理想反射壁的盒内,从而使黑洞处于平衡态的问题。本文更广泛地探讨了该体系的热力学特性。从该体系的绝热膨胀过程出发,自然地定义了总熵和黑洞熵。接着我们对该体系的稳定平衡判据作了进一步的讨论。最后,我们分析了黑洞准静蒸发的三个热力学过程:等能膨胀过程、等容放能过程、绝热膨胀过程。     

Quintessence黑洞的视界面积量子化

近年来的天文观测发现了暗能量的存在，因而有必要讨论暗能量条件下的黑洞热力学。该文应用约化相空间量子化方法研究了被Quintessence包围的静态球对称黑洞的视界面积量子化问题，给出了面积谱。     

射电脉冲星的逆康普顿散射（ICS）模型和偏振观测

近来我们在射电脉冲星的逆康普顿散射模型,致密星物理以及一些相关问题上做了下列几项工作：１） 对脉冲星物理中的一系列基本理论进行了较深入的研究,包括对裸奇异星比中子星更可能是射电脉冲星之起源的观点的论证。２） 进一步发展了射电脉冲星的逆康普顿散射（ＩＣＳ） 模型并完成了一系列相关工作。３） 进行了脉冲星的偏振分析和有关观测工作,并用其结果对银河系磁场和旋臂结构进行了分析。４） 研究了黑洞脉冲星双星系统的一些特性,为黑洞的搜寻工作作了初步准备。     

黑洞磁层解析解的研究进展

黑洞磁层理论在高能天体物理研究中扮演着重要角色,如活动星系核相对论性喷流的产生机制、伽玛射线暴等。寻找黑洞磁层的解析解对于理解这些重要天体的物理过程具有重要的意义。主要对黑洞磁层理论及其解析解的研究进行回顾。首先,详细地介绍了黑洞电动力学与黑洞无力磁层理论的主要内容,并讨论了从旋转黑洞提取能量的BZ机制。然后,回顾了过去几十年天文学家们寻找黑洞无力磁层解析解的发展历程与主要成果,并详细地介绍了无穷远处渐进解的求解思想与过程,给出这些研究对于寻找解析解的启发,分析了当前求解Grad-Shafranov方程(简称GS方程)所面临的主要问题与挑战。最后,讨论了黑洞磁层解析解研究的工作方向。     

活动星系核中心黑洞热力学量的演化

本文考虑吸积和Blandford－Znajek过程的影响,活动星系核中心黑洞的无量纲化角动量最终要演化至一稳定值,也就是说中心黑洞不会演化至极端Kerr黑洞,即不会打破热力学第三定律．这一演化过程对厚、薄两种不同几何结构的盘是相似的,即从性质上说其不依赖于盘结构．无量纲化角动量最终稳定值的大小由BZ过程的强度和吸积盘的几何结构确定．     

塌缩星的熵和黑洞的熵

本文提出了黑洞形成的三种具体模式,即:(Ⅰ)塌缩物质团中心先形成黑洞核,外部物质逐渐落入使黑洞核不断长大,最后整个星体形成一个黑洞;(Ⅱ)塌缩物质团各层同时满足Schwarzschild条件;(Ⅲ)塌缩物质团最外层先满足Schwarzschild条件.计算了三种模式中塌缩物质所携带的熵S_m,与所形成黑洞的黑洞熵S_(BH),发现S_(BH)比S_m大10~(19)倍,并得到了能形成黑洞的质量下限为Planck质量M_p=10~(-5)g.对S_(BH)的本质进行了讨论,认为S_(BH)中除普通的热力学熵以外,还可能包含有其它的东西.     

黑洞旋转能量的电磁提取及其在天体物理中的应用

该文着重介绍了两种大尺度磁场提取黑洞旋转能量的机制,即BZ机制和MC机制,以及BZMC共存模型在天体物理中的应用。BZ机制对应于连接黑洞与遥远天体物理负载的"开放"磁力线,而MC机制对应于连接黑洞与吸积盘的"闭合"磁力线。在BZ过程中大尺度磁场把黑洞的旋转能量以Poynting能流的形式输送到天体物理负载,成为驱动黑洞系统的喷流和伽马射线暴的中心发动机。在MC过程中能量和角动量通过大尺度磁场在黑洞与吸积盘之间转移。BZMC共存模型在高能天体物理中的应用包括以下几个方面:1)对活动星系核与黑洞双星的陡发射指数的拟合;2)对黑洞X射线双星的高频QPO与喷流的相关性的解释;3)对伽马射线暴的能量、时标的拟合以及对伽马射线暴与超新星成协的解释。最后对另外两种大尺度磁场提能机制,即BP机制和PC机制也作了简略介绍。     

自引力辐射体系的熵与引力坍缩

本利用李立新和刘辽导出的黑洞视界附近的辐射态方程，计算了约束在一个球形盒子中的自引力辐射体系的熵（不含中心黑洞和含有中心黑洞两种情况）。与Ｓｏｒｋｉｎ等人的计算比较，本的结果不会出现发散困难，而且体系的总熵（包括中心黑洞的熵）的上限正好等于坍缩后形成的同质量的黑洞熵。作认为，自引力辐射体系坍缩的合理模式是先形成中心黑洞，然后中心黑洞逐渐长大直至整个体系全部坍缩为黑洞。在坍缩过程中，任一中间态     

追逐类星体(27) 黑洞——类星体的发电机(5)

黑洞也可以蒸发天文学的发展遵循着一条规律:观测、理论、再观测、再理论……这大概也是任何一门自然科学的发展规律,只不过天文学表现得更为突出,而在漫长的发展过程中,观测又始终是天文科学的真谛。因此,天文学又被称为是一门观测的科学。黑洞的观测证据越来越丰富,黑洞对宇宙的威胁也越来越严重。理论天文学家必须出来释疑,让黑洞不仅能吃进去,还要吐出来。吐出来的困难在于黑洞的引力太强,在黑洞的视     

黑洞证认的新进展

黑洞是广义相对论的一个重要理论问题，它的存在与否一直是物理学家和天文学家关心的焦点。特别是由于近几年大量先进的观测设备投入使用和观测方法的改进，使得黑洞证认工作有了巨大的进展，成为当今天文学的一个热点。重点综述了恒星级黑洞和星系核的超大质量黑洞的各种天文观测证据，并介绍了与黑洞相关的天体物理学的一些重要前沿。讨论了正在开展的国际重大项目和探索原初黑洞的初步结果，并且展望了未来寻找黑洞天文观测证据的前景和对观测研究的建议。     

新闻速递

01我国天文学家发现最大恒星级黑洞中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队,依托郭守敬望远镜(LAMOST),发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞,并提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。这颗70f音太阳质量的黑洞远超理论预言的质量上限,颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知,有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。这一研究成果由国际科学期刊《自然》于2019年11月28日发布。     

黑洞吸积理论及其天体物理学应用的近期发展(Ⅱ)

黑洞吸积理论是天体物理学的一个基础理论,是认识许多高能天体系统如活动星系核、黑洞X射线双星,以及伽马暴等的重要物理基础.该文评述近年来黑洞吸积理论尤其是径移主导吸积流模型(advection-dominated accretion flow)及其变种的主要发展,并介绍该理论在银河系中心、低光度活动星系核、黑洞X射线双星等方面的应用.共分为两篇,该文是第2篇,内容是关于黑洞热吸积流理论在低光度活动星系核以及黑洞X射线双星方面的应用.     

黑洞吸积数值模拟研究的近期进展

当前,数值模拟已经成为国际上天体物理研究中最重要的研究手段之一。具体针对黑洞吸积领域,调研了数值模拟在该领域的研究情况。首先简单回顾了近20年来黑洞吸积领域数值模拟的发展过程,然后以热吸积流中的风以及超爱丁顿吸积为例,强调说明了数值模拟技术这一新的研究手段为该理论的发展起到的关键性作用。这两个方面是近年来黑洞吸积领域最重要的研究进展。随后指出了两个可望通过数值模拟技术取得重要进展的研究课题,并针对这两个问题,结合我国的实际情况,提出了如何发展黑洞吸积数值模拟的建议。     

黑洞吸积盘的演化及温度分布的热不稳定性

本文在Ｔｈｏｒｎｅ工作的基础上讨论了吸积盘中黑洞的有关参量的演化，以及由Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ黑洞吸积盘向Ｋｅｒｒ黑洞吸积盘演化过程中对吸积盘辐射通量的影响，最后针对几个典型的辐射过程，分别讨论了黑洞吸积盘在牛顿框架中的温度分布方程与广义相对论的温度分布方程的热不稳定性，并给出此类问题的热不稳定性的判据。     

黑洞吸积理论及其天体物理学应用的近期发展(Ⅰ)

黑洞吸积理论是天体物理学的一个基础理论,是认识许多高能天体系统,如活动星系核、黑洞X射线双星、伽马射线暴等的重要物理基础。该文评述了近年来黑洞吸积理论,尤其是径移主导吸积流(advection-dominated accretion flow,ADAF)模型及其变种的主要发展,并介绍该理论在银河系中心、低光度活动星系核、黑洞X射线双星等方面的应用。全文分为两篇,该文是第一篇,内容是关于黑洞的热吸积流理论及其在银河系中心的应用。     

暗星迷局:黑洞还是中子星?

一个世纪以来,黑洞的魅力吸引和激励着无数天文学家。这种神秘的天体挑战了我们对时间和空间的直觉,并成为无数科幻电影的背景。在天体物理学家看来,黑洞带来的挑战在于它很难研究:它们遥远、微小且不发光。尽管如此,对黑洞的观测在近十年来已有长足进步:现在,我们对黑洞的了解远超从前。不过,最近的一些观测似乎提供了新的信息,对黑洞形成和演化的现有理论构成挑战。     

黑洞吸积盘的演化及温度分布的热不稳定性

本文在Ｔｈｏｒｎｅ工作基础上讨论了吸积盘中黑洞的有关参量的演化，以及由Ｓｃｈｗａ－ｒｚｓｃｈｉｌｄ黑洞吸积盘向Ｋｅｒｒ黑洞吸积盘演化过程中对吸积盘辐射通量的影响，最后针对几个典型的辐射过程，分别讨论了黑洞吸积盘在牛顿框架中的温度分布方程与广义相对论的温度分布方程的热不稳定性，并给出此类问题的热不稳定性的判据。     

双黑洞系统的不同起源及其参数分布

双黑洞组成的近密双星系统并合是激光干涉仪引力波天文台等地基引力波探测器的主要探测对象。随着探测器灵敏度的提高,大量该类信号的探测将成为进一步研究黑洞物理的有效工具。但是目前对双黑洞系统的起源机制和内禀参数分布等物理问题的研究还不够深入,例如由引力波探测得到的黑洞质量分布与X射线双星观测的结果存在较大差异,还未有很好的理论模型可解释该结果。目前普遍认为双黑洞系统主要有两种起源:大质量双星演化机制和动力学起源机制。基于这两类起源的双黑洞系统在质量、自旋分布等方面存在差异。因此可在贝叶斯理论框架下,利用引力波信号携带的波源质量和自旋等信息,推断波源起源,计算不同起源的双黑洞系统所占比例,以及检验质量自旋等参数分布的差异。     

黑洞在顺行吸积和逆行吸积中的演化特征

分别在薄盘和厚盘两种情况下,讨论吸积盘的中心黑洞在顺行积和逆行吸积中的演化特征,结果表明,黑洞的温度和熵在逆行吸积与顺行吸积中的演化特征很不相同;在顺行吸积中黑洞的温度单调减小,而在逆行吸积中黑洞的温度存在一个极大值;在吸积的全过程中,黑洞的熵始终是增加的,而且逆行吸积中黑洞熵的变化率要比顺行吸积中的黑洞熵的变化率大得多,此外还讨论了在吸积过程中,黑洞质量的相对变化与黑洞自转的相关性。     

宇宙信息

大质量黑洞不会将人变成意大利细面条大多数科学家相信黑洞存在,虽然它们的许多理论在极端的条件下是不成立的。科罗拉多大学 Andrew Hamilton 教授说他知道到了黑洞里面会发生什么情况,并且对引力会使人变得像意大利细面条的传统说法质疑。人们大都听说过黑洞的视界,但实际上的黑洞是更为复杂的,并且有内外两个视界。由于黑洞奇异的物理性质,当你穿过一个视界时时空交换,但在第二个视界它们将再转换回来。如果进入黑洞旅行,在最后进入中心的一个正规空间(normal