当物体绕星球表面附近做匀速圆周运动时,由星球的万有引力提供向心力,根据牛顿第二定律求出.星体逃离速度的大小等于.根据黑洞与地球的质量关系,得到黑洞的逃离速度表达式,在黑洞表面脱离的速度应大于光速.即可求出黑洞的半径.根据直径与密度关系,求出恒星的逃离速度,若此速度大于光速,我们将看不见该恒星.
由题得:星体逃离速度题中地球和黑洞的脱离速度分别为:
对黑洞:(为光速)两式相比得:得
已知,(密度相同),所以该恒星不能被我们看见.
答:质量为,半径为的星体逃离速度的大小为;如果有一黑洞,其质量为地球的倍,则其半径应为.若宇宙中一颗发光恒星,直径为太阳的倍,密度和地球相同,通过计算分析可知,该恒星不能被我们看见.
本题考查了万有引力定律定律及圆周运动向心力公式的直接应用,要注意任何物体(包括光子)都不能脱离黑洞的束缚,那么黑洞表面脱离的速度应大于光速.
4207@@3@@@@万有引力定律及其应用@@@@@@281@@Physics@@Senior@@$281@@2@@@@曲线运动、万有引力@@@@@@56@@Physics@@Senior@@$56@@1@@@@力学@@@@@@8@@Physics@@Senior@@$8@@0@@@@高中物理@@@@@@-1@@Physics@@Senior@@$4202@@3@@@@向心力@@@@@@281@@Physics@@Senior@@$281@@2@@@@曲线运动、万有引力@@@@@@56@@Physics@@Senior@@$56@@1@@@@力学@@@@@@8@@Physics@@Senior@@$8@@0@@@@高中物理@@@@@@-1@@Physics@@Senior@@
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求解答 学习搜索引擎 | 牛顿在1684年提出这样一些理论:当被水平抛出物体的速度达到一定数值{{v}_{1}}时,它会沿着一个圆形轨道围绕地球飞行而不落地,这个速度称为环绕速度;当抛射的速度增大到另一个临界值{{v}_{2}}时,物体的运动轨道将成为抛物线,它将飞离地球的引力范围,这里的{{v}_{2}}我们称其为逃离速度,对地球来讲逃离速度为11.2km/s.法国数学家兼天文学家拉普拉斯于1796年曾预言:"一个密度如地球而直径约为太阳250倍的发光恒星,由于其引力作用,将不允许任何物体(包括光)离开它.由于这个原因,宇宙中有些天体将不会被我们看见."这种奇怪的天体也就是爱因斯坦在广义相对论中预言的"黑洞(blackhole)".已知对任何密度均匀的球形天体,{{v}_{2}}恒为{{v}_{1}}的\sqrt{2}倍,万有引力恒量为G,地球的半径约为6400km,太阳半径为地球半径的109倍,光速c=3.0×{{10}^{8}}m/s.请根据牛顿理论求:(1)求质量为M,半径为R的星体逃离速度{{v}_{2}}的大小;(2)如果有一黑洞,其质量为地球的10倍,则其半径应为多少?(3)若宇宙中一颗发光恒星,直径为太阳的248倍,密度和地球相同,试通过计算分析,该恒星能否被我们看见.扫二维码下载作业帮
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黑洞最小直径为多少?（准确值）
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有报导说美国科学家在实验室中制造出了原子大小的黑洞.当然,按照霍金的理论,越小的黑洞其寿命也越短（会很快地挥发掉）,原子大小的黑洞的寿命短得无法想像!
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巨型黑洞是宇宙中最大的黑洞。它所具有的质量为几十万倍到几十亿倍太阳质量，甚至最大质量可达几百亿倍太阳质量,巨型黑洞被发现在几乎所有大质量星系的中心，银河系中心也存在巨型黑洞，其位置在 Sagittarius A*.附近。
巨型黑洞黑洞简介
是现代中，宇宙空间内存在的一种。黑洞的引力很大，使得视界内的逃逸速度大于。
1916年，德国天文学家（Karl Schwarzschild）通过计算得到了的一个真空解，这个解表明，如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇异的现象，即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”被物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler）命名为“黑洞”。
“是大到都无法从其视界逃脱的”。[1-3]
黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出和γ的“边缘讯息”，可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测或气团绕行轨迹取得位置以及质量。
巨型黑洞巨型黑洞简介
巨型黑洞是宇宙中最大的黑洞。它所具有的质量为几十万倍到几十亿倍太阳质量，甚至最大质量可达几百亿倍太阳质量,它所能具有的最大质量约为几百
亿倍于太阳。[1]
巨型黑洞被发现在几乎所有大质量星系的中心[2-3]
，银河系中心也存在巨型黑洞，其位置在Sagittarius A*.附近[4-5]
超大质量黑洞具有区别于低质量黑洞的特性。首先，某些超大质量黑洞的平均密度（定义为黑洞的质量除以其史瓦西半径内的体积）可以比水的密度还要低[6]
。这是因为史瓦西半径和质量成正比，而密度和体积成反比。由于球形物体的体积（如非旋转黑洞的视界）与半径的立方成正比，黑洞的最小密度与质量的平方成反比，因而更高质量的黑洞具有较低的平均密度。此外，在大量黑洞视界附近的潮汐力是较弱的。如同密度一样，视界附近作用在物体上的潮汐力是和质量的平方成反比的：在地球表面上的一个人和一个在1000万倍太阳质量黑洞视界上的一个人的受到的对他们的头脚间的潮汐力是一样的。与恒星质量黑洞不同的是，如果不深入黑洞内部的话是不会经历显著的潮汐力的。
能吞进3亿个太阳的巨型黑洞
美国天文学家通过对‘钱德拉’X射线观测望远镜研究发现，宇宙黑洞在宇宙初期即在宇宙大爆炸后不久，就聚成了一个大的难以置信的黑洞“'SDSSpJ306‘”，这个黑洞增长速度极快，足足可以吞噬整个太阳系，吞进的星体质量相当于3亿9500万个太阳，引起气体喷发时期为止科学家在宇宙中发现最大的。[7]
这颗名为'‘的巨大黑洞位于我们地球26亿光年。这个黑洞非常巨大，引力令人吃惊，整个银河系的小行星都有危险。它还是电磁风最大的黑洞之一，任何物体（包括光）都会被撕碎，大的恒星只能吐出一点星团还给宇宙，因此形成了两个巨大的洞穴，每个洞穴直径都有65万光年，是银河系的2倍。黑洞再次喷发出来的气体质量，相当于1万亿个太阳质量，这种喷发已经持续了1亿年之久。[8]
巨型黑洞产生原理
已经知道三种这样的过程。第一种是约翰-皮尔·卢米涅著《黑洞》第15章中提到过的早期宇宙中团块的凝缩；第二种是由于作为黑洞特征性质之一的质量不可逆增长的趋向（对现在的情况，微型黑洞的量子蒸发当然完全可以忽略），条件是周围环境的物质足够丰富，因而一个由超新星产生的初始质量为10M的“恒星级种子”能够长成巨型黑洞；第三种则是由恒星团的引力坍缩而直接形成。除了可能的原初起源之外，巨型黑洞的形成需要大量的以或星际气体形式存在的物质，还需要这些物质被限制在二个足够小的区域内，因而其演化过程是由引力支配的。宇宙中物质在星系里的集中程度远胜于星系际空间（至少能发光物质是如此），而星系内物质最集中的部分是其核心。假若有巨型黑洞，则星系核心是首先应该搜寻的去处，且刚开始从我们的开始吧。银河系是一个直径10万光年，厚300光年的盘，正好与密纹唱片直径和厚度的比例一样。银河系中心是一个大的隆起区，即所谓核球，盘和核球都被包在被称为曼的稀薄得多的恒星球中。银河系里大约有1000亿颗恒星，大部分是在盘里。太阳的位置比较靠外，距离银河系中心约3万光年。盘里除恒星外还有气体和尘埃。盘中物质的分布很不均匀，在旋臂里比在别处密集得多，正是这些旋臂给出银河系的特征形状。盘在不断地经受着动力学和化学的转变。旋臂在转动和变形，臂中巨大的氢分子云里诞生出恒星；较大质量的恒星迅速地演化成为超新星爆发，并把复杂的化学元素散布到周围空间，这些元素又被吸收到新一代恒星之中。与之相反，晕是寂静的，保持着星系的原始风貌。晕中的气体已消散殆尽，只有可能是150亿年前与星系一同形成的老迈恒星。所有的大质量恒星早已爆发，留下，也许还有黑洞。中等质量的恒星已经离开了主序阶段，其中一些已经变成白矮星；另外的正在经历着大动荡，那就是脉动的红巨星，光度很大而又在起伏变化。最后，晕中还有许多低质量星，它们很节俭地使用着自己的氢燃料，还将存活很长的时间。曼的最重要特征不是居住其中的恒星的性质，而是恒星作为球状星团而聚集在一起的方式。[9]
银河系中心也存在巨型黑洞，大约400万倍太阳质量，其位置在Sagittarius A*.附近。
马克斯普朗克地外物理研究所和加州大学洛杉矶分校的银河系中心组提供了至今为止最强有力的证据证明人马座A*是一个超大质量黑洞的所在地[10]
，该证据是基于ESO的甚大望远镜和凯克望远镜的数据得到的。 日，美国国家航空航天局报道观察到从人马座A*发出的X射线耀斑比平常的亮400倍，打破了记录，。根据天文学家的说法，这一不寻常的事件可能是由一颗落入黑洞的小行星或由正在流入人马座的气体中的磁力线纠缠所引起的[11]
Detection of an unusually bright X-ray flare from Sagittariu
巨型黑洞观测证据
日本“朱雀”X射线卫星和欧洲航天局的赫歇尔红外空间
望远镜联合观测图像显示，科学家在IRAS F星系中央附近发现了超大质量黑洞扼杀星系内恒星形成的证据，强大的“黑洞风”将星系内用于恒星形成的冷气体吹散，导致星系内部分区域失去了用于形成新生恒星的原始材料。这一发现也证实了此前科学家的一个猜想：超大质量黑洞的存在对星系其实并不利，可影响宿主星系的演化，“黑洞风”能够让星系进入“不孕”状态，扼杀了新生恒星的诞生。
戈达德太空飞行中心天体物理学家弗朗西斯是本项调查的首席研究员，他认为这是第一次在更大的物理尺度上直接观测到黑洞的残忍一面，来自黑洞发光盘面产生的黑洞风将形成恒星的气体吹散。一般情况下，恒星形成于寒冷且致密的分子云中，但黑洞的存在改变了这一切，扼杀了星系内部的新生恒星。从这个角度看，超大质量黑洞是个名副其实的杀手。IRAS F星系距离我们大约23亿光年，相当于太阳系年龄的一半。
科学家估计IRAS F星系中的黑洞质量相当于1600万倍太阳质量，最靠近黑洞的吸积盘外侧温度可达到数百万度，占据星系能量输出的一大部分，是太阳能量输出的万亿倍。研究小组成员西尔认为我们观测到黑洞与星系之间的博弈时，还确认羟基分子以200万英里每小时（300万公里每小时）的速度流失。在本项研究中，科学家估计外流的分子云达到1000光年，能够形成800个太阳系这样的恒星系统。
2013年5月，研究小组使用朱雀卫星的X射线成像光谱仪对F11119星系进行了观测，光谱结果显示吸积盘上的吸收气体的速度可达到四分之一光速，这个区域大约8亿公里，相当于从木星到太阳的空间中没有光能够逃离。同时科学家也认为F11119星系的类星体处于早期演化阶段，最终这个星系将变成恒星形成率相对较低的星系之一。[12]
2015年2月由北京大学吴学兵教授领导一个团队发现质量相当于120亿个太阳的黑洞，其位置距地球128亿光年，大约在宇宙大爆炸发生9亿年后形成。相比之下，银河系中心的黑洞质量只相当于300万个太阳。
这个大黑洞位于一个类星体的中心，类星体是其中心黑洞猛烈吞噬周围物质而形成的耀眼天体。由于有超大黑洞“供应”能量，这一类星体是遥远宇宙中目前已知亮度最高的类星体。
在宇宙年龄只有如今约7%的时候（目前宇宙年龄约为138亿年），就形成了这么大质量的黑洞，对现有的宇宙早期黑洞成长理论模型提出了挑战。他强调，这不是要推翻现有理论，而是现有理论很难解释为什么会在“短时间”内形成如此大质量的黑洞，因此需要对理论进行修订完善。
这一黑洞利用位于中国云南丽江的2.4米口径天文望远镜首先发现的，后来又借助美国和智利的其他3个天文望远镜开展了进一步研究，有关成果发表在日英国《自然》杂志上[13]
．科技讯．[引用日期]
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Urry, C.; Padovani, P. (1995). &Unified Schemes for Radio-Loud Active Galactic Nuclei&. Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 107: 803–845. arXiv:astro-ph/9506063 Freely accessible. Bibcode:1995PASP..107..803U. doi:10..
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Overbye, Dennis (8 June 2015). &Black Hole Hunters&. NASA. Retrieved 8 June 2015.
Celotti, A.; Miller, J.C.; Sciama, D.W. (1999). &Astrophysical evidence for the existence of black holes&. Class. Quant. Grav. 16 (12A): A3–A21. arXiv:astro-ph/9912186 Freely accessible. doi:10.81/16/12A/301
．科技讯．[引用日期]
李津．《宇宙航天百科》．北京市朝阳区安华西里一区 13号楼 2层 100011：京华出版社，2010年11月第一版：978-7-
．慧海佛光·[引用日期]
Henderson, Mark (December 9, 2008). &Astronomers confirm black hole at the heart of the Milky Way&. London: Times Online. Retrieved .
Chou, F Anderson, J Watzke, Megan (5 January 2015). &RELEASE 15-001 - NASA’s Chandra Detects Record-Breaking Outburst from Milky Way’s Black Hole&. NASA. Retrieved 6 January 2015.
．腾讯[引用日期]
．北京大学网站．[引用日期]
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