邮票上的物理学史(65)--天体物理学:恒星及其演化

天体物理学的研究对象,按照其尺度可以分为四个层次:行星和行星系(特别是太阳系)、恒星、星系和宇宙.天文学的历史表明,对每个层次的认识都经历了积累观测资料、归纳经验规律(数学模型)、建立理论体系(物理模型)三个阶段.这个类似三部曲的认识过程在对太阳系的认识中表现得最为典型,三部曲的每一部都有自己的主人公:第谷、开普勒和牛顿.在这个三部曲中,归纳经验规律处于重要地位,它既是观测和资料积累的目的,又是建立模型和理论的起点.下面我们将按照这一线索,介绍我们对另外三个层次的认识和有关的邮票.     

核天体物理学的某些重大疑难问题

本文简介与评述了当今核天体物理学的几个最为突出的重大疑难问题，如（１）恒星晚期演化研究中最为关键的几个核反应截面的不确定性；（２）Ｉａ型超新星爆发理论基本环节节中的争论及其一些严重矛盾的问题；（３）Ⅱ型超新星爆发现有理论和它迄今尚未能自洽地获得（观测到的）爆发这一重大矛盾的关键原因及为突破这个困难人们最近所作的较为成功的探讨（４）星卫＾２６Ａｌ问题和它所面临的困难及提出合成＾２６Ａｌ核的可能新途径     

天体物理学讲座第三讲 恒星形成：从星际分子云到原始行星系统

对行星系统起源问题的研究在近年来已经取得很大进展,一方面是星际分子云与恒星形成的天文研究取得了令人瞩目的成就,研究表明,包括太阳在内的恒星是由冷暗的星际分子云收缩形成的。在形成恒星的过程中,普遍伴随出现围绕恒星的盘状的原始行星系统,在这种原始行星系统中间,尘埃颗粒逐渐生长,并凝聚成行星,彗星等,从分子云到原始行星系统大约经历百万年,而木星这样的大行星有可能在恒星收缩阶段同时形成,并且在行星系统的发展过程中逐渐发展,行星系统起源的另一方面进展来自包括彗星,太阳系行星际探测,从而对太阳系这样的行星系统的组成和性质,对行星大气等有了更精确的了解,以此为参考,能够测定那些离太阳系的其他新近发现的行星系统的物理化学性质,从而提供了一系列互相联系和对比的样本,通过上述进展,现代天文学正逐渐揭开行星系统形成之谜。     

邮票上的物理学史(66)--天体物理学:恒星及其演化(续)

1967年,剑桥大学卡文迪什实验室的射电天文学家休伊什领导一个小组,研制了一台射电望远镜,以观测小角直径射电源的行星际闪烁现象.和其他射电望远镜相比,它的特点是时间分辨率达到0.1 s,能够记录快速变化的信号(当时不知道有发射快变信号的射电源,为了平滑掉噪声,普遍将接收机设计成只能接收经过几 s积分的平均信号).休伊什让他的研究生贝尔(女)负责观测和分析数据.贝尔做事是极其认真细致的.     

恒星演化和超生爆发理论中某些重要问题的核物理问题

首先,在第1节中我们依次介绍了各种不同质量的恒星演化进程中各个主要热核燃烧的点火条件,致密物质中自由电子系统的简并性对星体热核燃烧的主导作用以及爆炸性核燃烧条件。其次,在第2节中我们讨论了导致恒星核心不稳定坍缩的物理因素和条件。此后,在本第3节中我们评述了Ia型超新星爆发理论尚在急论中的核物理和固体物理的问题。在第4节中我们评述了Ⅱ型（以及Ib型）超新星爆发理论中的严重困难,并且介绍了我们（南京大学研究小组）就超新星中微子延缓爆发机制的关键问题（强大的中微子暴如何产生？）的物理机制提出的具体过程：这中微子暴的强大中微子流量是从刚刚坍缩的高温高密核心通过核物质－－（u,d）夸克系统－－（u,d,s)系统的相变过程在不到1微秒的时间内很快地产生出来的。而且,这个过程导致核心区域的负熵梯度,引起核心区域大规模对流,它将这强大的中微子流量很快地向外输送到中微子球的表面。在第5节中本还介绍了我们就超新星核心高密条件下电荷屏蔽对电子俘获过程的影响所作的探讨研究以及讨论了它对超新星坍缩核心质量（它对超新星瞬时爆发机制成功与否起着关键作用）的可能影响。     

超新星—恒星死亡前演出的壮丽一幕

超新星是恒星演化的最终阶段，是最激烈的天体物理现象．文章介绍了超新星发现的历史，它的观测特征，以及它在天文学和物理学研究中的意义．还介绍了中国科学院北京天文台在发现超新星和对超新星观测研究方面的最新结果．     

恒星演化和超新星爆发理论中某些重要问题的核物理问题

首先 ,在第 1节中我们依次介绍了各种不同质量的恒星演化进程中各个主要热核燃烧的点火条件 ,致密物质中自由电子系统的简并性对星体热核燃烧的主导作用以及爆炸性核燃烧条件。其次 ,在第 2节中我们讨论了导致恒星核心不稳定坍缩的物理因素和条件。此后 ,在本文第 3节中我们评述了Ⅰa 型超新星爆发理论尚在争论中的核物理和固体物理的问题。在第 4节中我们评述了Ⅱ型 (以及Ib 型 )超新星爆发理论中的严重困难 ,并且介绍了我们 (南京大学研究小组 )就超新星中微子延缓爆发机制的关键问题 (强大的中微子暴如何产生 ?)的物理机制提出的具体过程 :这中微子暴的强大中微子流量是从刚刚坍缩的高温高密核心通过核物质——— (u ,d)夸克系统——— (u ,d ,s)系统的相变过程在不到 1微秒的时间内很快地产生出来的的。而且 ,这个过程导致核心区域的负熵梯度 ,引起核心区域大规模对流 ,它将这强大的中微子流量很快地向外输送到中微子球的表面。在第 5节中本文还介绍了我们就超新星核心高密条件下电荷屏蔽对电子俘获过程的影响所作的探讨研究以及讨论了它对超新星坍缩核心质量 (它对超新星瞬时爆发机制成功与否起着关键作用 )的可能影响。     

转动效应对恒星热力学结构与演化的影响研究

转动效应对恒星结构与演化的两大方面的影响体现在动力学效应和元素混合上.本文利用国际MESA程序,研究了转动效应对20 M_⊙恒星在主序阶段热力学结构的影响.发现转动的动力学效应能使恒星中心温度变低,减少了恒星表面的不透明度,中心平均分子量和表面熵.由于动力学效应对恒星热结构的调整,降低了恒星的氢燃烧率,恒星向低温和低光度端演化.转动的元素混合效应减小了恒星的中心温度、密度、压强、紧密度、表面不透明度和平均分子量,使恒星表面氦元素、氮元素明显超丰,中心燃烧核区域变大,延长恒星在主序阶段的寿命.     

利用双星相互作用解释球状星团中的恒星“代沟”

 球状星团是由数十万颗到数百万颗被引力紧密束缚的恒星所组成的恒星集团,因其外形类似球形而得名。在我们的银河系中大约有150多个球状星团,这些球状星团的年龄几乎都在100亿年以上,因此可以称得上是我们银河系中的活化石。对这些球状星团进行研究,就能帮助我们了解银河系的遥远历史。     

2012年，参宿四会爆炸吗？

恒星是宇宙的基本组成单元,中小质量的恒星（如太阳）占绝大部分.中小质量的恒星演化到最后,外壳被损失掉,成为漂亮的行星状星云,而恒星的核则成为白矮星.大质量恒星演化到最后会发生超新星爆炸,产生巨大的能量,留下一个中子星或黑洞.参宿四是一颗大质量恒星,种种迹象表明,它将发生超新星爆炸,但在2012年爆炸的可能性微乎其微,天上不会出现两个“太阳”,也不会对地球上人们的生活产生实质性的影响.     

2012年,参宿四会爆炸吗?

恒星是宇宙的基本组成单元,中小质量的恒星(如太阳)占绝大部分.中小质量的恒星演化到最后,外壳被损失掉,成为漂亮的行星状星云,而恒星的核则成为白矮星.大质量恒星演化到最后会发生超新星爆炸,产生巨大的能量,留下一个中子星或黑洞.参宿四是一颗大质量恒星,种种迹象表明,它将发生超新星爆炸,但在2012年爆炸的可能性微乎其微,天上不会出现两个"太阳",也不会对地球上人们的生活产生实质性的影响.     

Dark matter heating in strange stars

We study the effect of dark matter heating on the temperature of typical strange star(SS hereafter)(M=1.4 M⊙,R=10 km)in normal phase(NSS hereafter)and in a possible existing colour-flavour locked(CFL)phase(CSS hereafter).For NSS,the influence of dark matter heating is ignored until roughly 107yr.After 107yr,the dark matter heating is dominant that significantly delays the star cooling,which maintains a temperature much higher than that predicted by standard cooling model for old stars.Especially for CSS,the emissivity of dark matter will play a leading role after roughly 104yr,which causes the temperature to rise.This leads to the plateau of surface temperature appearing in～106.5yr which is earlier than that of NSS(～107yr).     

中子星研究的过往今来

中子星概念的形成既是人们对物质基本结构认识的一个自然推论,同时也是理解恒星演化的一个必然环节。自1967年通过发现射电脉冲星证实了中子星的存在以来,基于半个多世纪的多波段、多信使观测,人们已经发现了数以千记的多种类型中子星,了解了单个中子星的电磁辐射机制、中子星双星系统的相互作用以及双中子星系统的引力波辐射等等,并在多个方面为中子星的内部物质组分及其状态这一核心科学问题做出了观测限制。     

转动双星模型及演化

提出了转动双星的结构和演化模型,给出了主星的重力势,并模拟其加速度在等势面上的分布.结果表明在忽略自引力势高阶项的情况下,极地处重力加速度最大,赤道上长轴顶点处重力加速度最小.自转、公转和伴星潮汐作用力的联合效应降低了子星的有效温度,延长了子星在氢主序上的演化时间.     

The competition of neutrino energy loss due to the pair,photo-,plasma process at the late stages of stellar evolution

Based on the Weinberg-Salam theory,the competition of the Neutrino Energy Loss (NEL) rates due to the pair,photo- and plasma process are canvassed.The ratio factor C1,C2 and C3 which correspond the different contributions of the pair,photo- and plasma neutrino process to those of the total NEL rates are accurately taken into account.The ratio factors are very sensitive to the temperature and density.The ratio factor C2 always is lower than the ratio factor C1 and C3.The pair NEL process is the dominant contribution before the crossed point O(C1=C3=0.45) and the plasma NEL process will be the main dominant contribution after the crossed point O.With increasing temperature,the crossed point O will move to the direction of higher density.     

位错密度的演化动力学方程

 将位错的增殖、淹没与相互反应看作化学反应，位错在热激活作用下具有扩散性质。因此，位错系统是一个反应-扩散系统。依据自组织理论，给出了两个位错密度演化动力学方程，当系统发生结构失稳之后，第一个方程变成第二个方程；第一个方程含有对称性破缺，按Higgs机制将发射偶极子。     

The competition of neutrino energy loss due to the pair, photo-, plasma process at the late stages of stellar evolution

Based on the Weinberg-Salam theory, the competition of the Neutrino Energy Loss （NEL） rates due to the pair, photo-and plasma process are canvassed. The ratio factor C1, C2 and C3 which correspond the different contributions of the pair, photo-and plasma neutrino process to those of the total NEL rates are accurately taken into account. The ratio factors are very sensitive to the temperature and density. The ratio factor C2 always is lower than the ratio factor C1 and C3. The pair NEL process is the dominant contribution before the crossed point 0（C1 = C3 = 0.45） and the plasma NEL process will be the main dominant contribution after the crossed point O. With increasing temperature, the crossed point O will move to the direction of higher density.