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黑洞辐射效应及其相关问题研究

作　者: 杨树政
导　师: 林理彬
学　校: 四川大学
专　业: 核技术及应用
关键词: 核反应致密星黑洞辐射效应平均射程
分类号: P145.8
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

恒星的演化与核反应有关，演化到晚期的恒星一般要损失一部分质量，然后坍缩成致密星(白矮星、中子星或黑洞)。星体经过物质抛射后，核能耗尽的恒星质量超过3M_⊙，则此星体将继续坍缩成黑洞。黑洞是广义相对论在强引力条件下的预言，X射线天体物理学的研究推动了恒星级黑洞的研究，使理论推测的黑洞成了可实在搜寻和探索的天体；使黑洞物理学建立在了坚实的基础之上。人们已经用各种可能的观察手段获得了黑洞存在的证据。在理论研究方面，人们已对黑洞的辐射等内容做了一些研究工作，有关的一些理论问题尚需深入研究。本文对黑洞辐射效应及其相关问题进行了研究。其中，通过对一类具有质量多极矩的黑洞的非热辐射效应的研究得到了一些有意义的新结果，发现了一类新的Dirac能级和一类新的Dirac能级交错区，这种新的Dirac能级交错区的出现导致非热辐射的发生，在一些方向上出现辐射能量很大的非热辐射。这在国内外均未见报道。又得到了黑洞的非热辐射在宇宙中传播时要受星际物质的影响，尤以星际气体的影响更为突出。非热辐射粒子的平均射程与非热辐射粒子的能量范围成正比、与星际气体的密度成反比；对动态黑洞和一类具有质量多极矩的稳态黑洞而言，非热辐射粒子的平均射程还与方向有关。这些都是首次报道的新结果。本文对一类具有质量多极矩的Manko黑洞的视界温度进行了研究，准确地计算出此类黑洞的热辐射温度在视界上除内禀奇点处外是常数，而在黑洞视界面的内禀奇点附近的视界温度出现异常值，并对这种温度分布的现象作了合理的解释。这是具有创新意义的结论。同时，对一类动态黑洞非热辐射的研究表明，动态黑洞的非热辐射具有方向性，在不同的方向上，非热辐射粒子的能量范围不同，在这方面得出的非热辐射粒子的最大能量的精确表达四）【I大学博士学位论文式等内容都是创新的和有意义的结果。另外，本文还求出了一类用扁椭球坐标表示的荷电黑洞时空中的电磁四维势矢量，从而成功地求解了此类弯曲时空中的HH方程，得到了这种非热辐射粒子能量范围的精确表达式，从而对这类黑洞的非热辐射特征进行了研究。总的说来，以上几方面的新结论对于研究黑洞物理学具有一定的意义，并为研究和探索黑洞提供了一些新的方法和线索。

全文目录

1 前言  9-13
  1．1 选题背景  9-10
  1．2 结构内容  10-11
  1．3 几个方面的新结果  11-13
2 综述  13-19
  2．1 黑洞的基本概念  13-14
  2．2 黑洞的种类  14-16
  2．3 黑洞研究及其相关进展  16-18
  2．4 小结  18-19
3 核天体物理学基础  19-31
  3．1 核反应核聚变  19-23
    3．1．1 核反应过程释放的能量  19-20
    3．1．2 核反应类型  20-21
    3．1．3 热核反应率  21
    3．1．4 核聚变反应与劳逊判据  21-23
  3．2 致密物质的核反应  23-25
  3．3 辐射与物质的主要作用方式  25-29
  3．4 平均射程  29-30
  3．5 小结  30-31
4 恒星的演化与元素的合成  31-45
  4．1 恒星的演化  31-40
    4．1．1 引力收缩阶段  32-34
    4．1．2 主序星阶段  34-36
    4．1．3 红巨星阶段及其以后的演化  36-38
    4．1．4 恒星演化的归宿——致密星  38-40
  4．2 元素的合成  40-44
    4．2．1 元素合成理论  40-42
    4．2．2 大爆炸宇宙论和氦元素的生成  42-44
  4．3 小结  44-45
5 黑洞的辐射  45-86
  5．1 黑洞热力学与黑洞熵  45-46
  5．2 对黑洞热辐射谱的证明  46-54
  5．3 稳态Kerr-Newman黑洞的热辐射  54-58
  5．4 一般动态黑洞的热辐射  58-61
  5．5 奇点对黑洞温度的强烈影响  61-71
    5．5．1 一个静态Gutsunaev-Manko黑洞的视界温度  61-68
    5．5．2 一个具有质量多极矩的稳态Manko黑洞的视界温度  68-71
  5．6 黑洞的非热辐射  71-72
  5．7 动态黑洞非热辐射的研究方法  72-85
    5．7．1 动态Kinnersley黑洞的非热辐射  72-77
    5．7．2 一般动态黑洞时空中的粒子能级  77-85
  5．8 小结  85-86
6 黑洞非热辐射效应的研究  86-128
  6．1 动态球对称黑洞非热辐射粒子的平均射程  86-89
  6．2 非球对称动态黑洞非热辐射及其辐射粒子平均射程的研究  89-101
    6．2．1 加速运动荷电黑洞非热辐射粒子射程的研究  89-95
    6．2．2 动态Kerr-Newman黑洞非热辐射粒子的平均射程  95-101
  6．3 一种新的DIRAC能级与黑洞非热辐射特征的研究  101-113
  6．4 与黑洞有关的X射线辐射的研究情况  113-120
  6．5 与黑洞有关的γ射线暴及其研究概况  120-127
    6．5．1 对γ暴的观测  121-123
    6．5．2 γ暴与超新星的爆发有关  123-124
    6．5．3 γ暴的能源机制  124-127
  6．6 小结  127-128
7 展望  128-129
在攻读博士学位期间发表的论文  129-130
参考文献  130-140

黑洞辐射效应及其相关问题研究

内容摘要

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