清华大学天体物理中心

中心2001年成立，以高能天体物理为主要研究方向，坚持实验观测、数据分析和理论研究密切结合，研究内容包括白矮星、中子星、黑洞、超新星、伽马射线爆、活动星系核、星系、星系团、星际介质、吸积与喷流、宇宙学、天体流体和磁流体物理、理论天体物理和研发空间天文仪器。中心现有教师8名，李惕碚院士任中心主任。清华大学天体物理中心     

中子星内部结构

中子星是宇宙中一类极端致密的天体,其平均密度超过饱和核物质密度。对这类天体的研究,可以帮助人们了解极端条件下的物理性质,特别是深化关于引力和强力的认识。文章介绍了脉冲星和中子星的概念,并重点阐述了中子星内部结构的不同模型,以及如何通过最大质量和潮汐形变量等观测来检验这些模型。未来发现更多的双中子星并合或中子星黑洞并合事件,有望最终揭开中子星内部结构之谜。     

当代物理学正酝酿新的重大突破

宇宙的组成是什么?在宇宙中，除了人们常见的各种发光的星球、星系、星系团、类星体……等等发光天体，是否还存在着不发光的天体，或不发光的物质?     

神秘的黑洞

 2010 年11 月16 日凌晨（北京时间）,美国宇航局对外公布了一则 “秘密”--该局最近发现的“异常物体”不是此前盛传的UFO（不明飞行物或称飞碟）,也不是外星人,而是地球附近一个年仅30 岁的黑洞。这个最年轻的黑洞是天文学家利用美国宇航局的钱德拉X 射线望远镜发现的,它为观测这类婴儿期天体提供了独一无二的机会。美国宇航局在当天记者会上发布的声明称,这个黑洞将能够帮助科学家更好地理解大质量恒星是如何爆炸的,恒星爆炸后留下的是黑洞还是中子星,以及我们银河系和其他星系黑洞的数量。     

超亮X射线源与中等质量黑洞

超亮X射线源是在邻近星系中发现的一类特殊的辐射X射线的天体.它们类似银河系中的黑洞双星,但却具有更高的亮度,因此可能包含更高质量的黑洞.即所谓的中等质量黑洞.中等质量黑洞并不像恒星级质量黑洞一样,可以是大质量恒星演化未期核塌缩的产物,因此在天体物理中具有重要意义.文章描述了超亮X射线源的一些基本性质,综述了近年来对这些源多波段观测的重要结果,以及这些结果对这些天体本质的暗示.     

空间硬X射线调制望远镜

用宇宙作为物理实验室,探索在地球上无法企及的条件下,例如极早期宇宙或黑洞视界附近强引力场中的物理规律,已成为新世纪物理学和天文学共同的前沿课题;空间天文观测是其中一个最重要的研究途径.自主研制和发放空间硬X射线调制望远镜(HXMT),实现中国空间天文卫星零的突破,是中国<"十一·五"空间科学发展规划>的目标之一.HXMT将实现宽波段X射线(1-250 keV)巡天,其中在硬X射线波段具有世界最高灵敏度和空间分辨率,发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体,探测宇宙硬X射线背景辐射;HXMT还将通过对黑洞和其他高能天体宽波段X射线时变和能谱的观测,研究致密天体极端物理条件下的动力学和辐射过程.基于成像技术创新提出HXMT项目迄今已有15年,能不能抓住技术创新所提供的科学机遇仍然是一个严重的挑战.     

黑洞照亮宇宙——银河系中心黑洞及其物理意义

2020年度诺贝尔物理学奖颁发给为黑洞和超大质量致密天体做出突出贡献的三位科学家,他们分别从理论和观测上提供了令人信服的证明和证据.他们的工作打开了理解宇宙中大质量天体命运的窗口.人们普遍相信超大质量黑洞存在于每一个星系的中心,是这些黑洞照亮了再电离时期的宇宙,也是它们为揭开宇宙膨胀历史、暗能量宇宙演化性质、纳赫兹低频...     

黑洞、暗物质、反物质及宇宙的未来

一、黑洞 现在已有越来越多的证据证实黑洞的存在,那么黑洞是怎么产生的呢？一是宇宙形成时就产生了一些黑洞,再就是恒星的坍缩产物中有一种是黑洞．大恒星的坍缩产物就是黑洞．现在间接观测和推断的结论是：不仅各大星系中都有黑洞,而且在某些星系中心也都有一个大黑洞． 二、暗物质 所谓暗物质就是不能用光学方法直接探测到的物质．理论上认为,暗物质本身既不发光,又不与光发生作用（比如,它不反射光）,只存在万有引力．按现有的天体物理理论计算暗物质占整个宇宙质量的９０％．而我们能观测到的各星系质量仅占整个宇宙质量的１０…     

打压替代引力

正众所周知,爱因斯坦广义相对论描述万有引力,但一些试图替代相对论的引力理论也声称其合理性。不过,依据中子星并合时发出的引力波和电磁波观测,理论家们最近严格约束了这些替代引力。广义相对论(简称GR)非常成功地描述万有引力,覆盖行星、恒星、黑洞、星系等若干层次。GR预言宇宙的膨胀,但也有个短板:如何解释宇宙的加速膨胀。鉴于所有辐射、可见物质和暗物质等都施加向内"拽"的力,宇宙理应减速     

硬X射线调制望远镜卫星及其科学目标

正硬X射线调制望远镜(The Hard X-ray Modulation Telescope,简称:HXMT)是我国自主研制的第一颗X射线天文卫星,承载有高能X射线望远镜(20~250ke V,5000 cm2)、中能X射线望远镜(5~30ke V,952 cm2)、低能X射线望远镜(1~15ke V,384 cm2)以及空间环境监测器。HXMT具有扫描观测和定点观测两种工作模式,扫描观测可以进行宽波段大天区X射线巡天成像,定点观测可以研究黑洞、中子星等高能天体的多波段X射线快速光变,HXMT还可以监视天空的高能爆发现象。通过HXMT     

美国“钱德拉”望远镜发现最遥远X射线流

天文学家从美国宇航局“钱德拉”X射线观测望远镜拍摄的类星体照片上 ,发现了最遥远的X射线流 ,从超巨黑洞到类星体中心延伸达 1 0万多光年的由高能粒子组成的这一射流 ,为天文学家提供了有关 1 2 0亿年前宇宙微波背景状态的信息。它能研究大爆炸后经过 1 4亿年的宇宙辐射 ,而此前最遥远的X射线流是在大爆炸后 30亿年左右。天文学家认为 ,类星体是拥有活跃中心超巨黑洞的星系 ,恒星与气体都被吸入这黑洞 ,这一吸入过程经常伴随有强烈高能粒子流的形成。当射线流中的电子以接近光速的速度离开类星体时 ,电子会穿透宇宙背景辐射“海洋” ,宇…     

黑洞潮汐撕裂恒星事件及其回响

超大质量黑洞普遍存在于星系中心,当星系中一颗恒星运动足够靠近黑洞时,会被黑洞的潮汐力撕裂瓦解,产生一个主要能量在软X射线到紫外的耀发事件,称为恒星潮汐撕裂事件(TDE)。作为黑洞特殊的爆发性吸积事件,TDE正成为蓬勃发展的时域天文的主要研究目标之一。虽然TDE很罕见,但它蕴含的巨大科学价值逐渐引起了人们的兴趣和关注,有助于理解黑洞吸积相关的物理。除此之外,TDE照射在黑洞周围星际介质上还会产生气体和尘埃的回响信号,不仅为探测星系核区的星际介质环境提供了有效手段,还揭示了一种全新的探测TDE的途径,尤其是被尘埃遮蔽的源。作者基于此做出了一系列开创性的前沿研究。     

科学家们在星系团的尺度上证实了红移效应

 检验引力现象很简单：通过二楼的窗子走出去(禁止付诸实践),看看会发生什么！但是要想检验爱因斯坦的引力理论--广义相对论,难度就要大得多。该理论的内容是：一个物体的引力会使其周围的空间和时间扭曲。尽管研究人员在太阳系的尺度上证明了广义相对论,但是在整个宇宙的尺度上验证该理论是更具挑战性的。
哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的拉德克·沃杰塔克(Radek Wojtak)带领一组研究人员着手检验广义相对论的一个经典预测：光在逃离引力场的时候会损失能量,引力场越强,光损失的能量就越多。结果,从一个星系团中心散发出来的光子应该比星系团边缘的光子损失的能量更多,因为星系团中心区的引力最强。星系团是包含了成千上万个星系的大型天体系统。因此在波长上,来自星系团中心的光比来自边缘的光更长,移向光谱的红端。这个效应被称为引力红移现象。
沃杰塔克及同事知道,测量单个星系内的引力红移会很困难,因为星系内引力红移效应非常小,而且需要将这种红移效应跟个体星系的轨道速度以及宇宙膨胀造成的红移效应分离开来。研究人员从斯隆数字巡天计划中搜集了8000 个星系团的数据,他们通过平均这些数据处理了这个问题。“这样做是希望通过研究星系团中星系之间的红移分布特点来发现引力红移效应,而不是分别查看各个星系的红移效应,”沃杰塔克解释说。
果然,研究人员发现正像广义相对论预测的那样,星系团中的光发生了红移,而且与到星系团中心的距离成比例。“我们可以测量出星系之间红移效应的微小差别,可以看得出来自星系团中心区星系的光不得不爬出那里的引力场,而来自边缘星系中的光可以较为轻松地散发出来,”沃杰塔克说。2011 年9 月28 日,这些发现发布在《自然》(Nature)杂志在线版上。
除了证实广义相对论之外,这些研究结果也有力地说明了拉姆达冷暗物质宇宙模型。这个已经流行于世的宇宙学模型表明宇宙的大部分是由不可见物质构成的,这种物质与构成恒星和行星的普通物质不发生相互作用。这项检验结果也支持暗能量的存在,暗能量是似乎正在使宇宙膨胀的一种神秘力量。     

宇宙磁场

磁场在宇宙中无处不在,贯穿各种天体。磁场对天体形成、辐射和演化起重要作用,也是宇宙线研究的基础。以前人们对宇宙磁场的理解主要是来自对地球和太阳磁场的测量和物理解释。近20年来,对宇宙更大尺度天体的磁场测量取得很大进展:发现了银河系具备沿着银河旋臂的几万光年尺度磁场,强度为2—4μG;发现了银河系晕里具有环向磁场,在银道面上下方向相反;发现了银河系中心有极向磁场的观测证据;发现了邻近旋涡星系可能具有万光年尺度磁场的证据;发现了星系团几千万光年范围内磁场存在的证据。宇宙学模拟也显示在宇宙超大纤维结构中应该有磁场存在。这些磁场可能都是宇宙早期产生并在天体形成和演化过程中得以发扬光大。     

黑洞及其在天体物理中的作用（下）

本文下篇介绍黑洞在天体物理中的作用及其观测证认情况，以类星体为代表的活动星系和Ｘ射线双星这两类典型高能天体的能源机制及各种基本特征，可以由黑洞吸积模型来成功地解释。     

黑洞体量竟有上限

正星系中心的超大质量黑洞是宇宙间最重的天体,银河系中心黑洞的质量堪比400万个太阳,天文学家还曾发现体重为数十亿个太阳的黑洞。可是这些大质量黑洞究竟能增大到什么程度呢?一位天体物理学家说,质量上限是太阳的500亿倍。黑洞通过围绕其旋转的气体和尘埃组成的吸积盘吸取物质,不断长大。吸积盘的摩擦导致物质向黑洞内部移动,直至被黑洞引力撕碎后吞噬。这一过程使气体温度极高,以致达到发光的程度,这     

寻找黑洞

恒星在死亡时将发生什么变化？这是天文学上一个非常自然的问题．自从３０年代以来，已经提出了各种理论来回答这一问题。这些理论预言有超新星、白矮星、中子星和黑洞的存在，前两个已是现在比较熟悉的天体了．１９６８年发现了脉冲星，它被证认为比寻常恒星致密得多、引力场强得多的自转中子星．可是大质量恒星在中子星状态也不可能是稳定的，它的末期演化到什么状态？有没有比中子星更致密、引力场更强的天体存在？这些问题都涉及到这些预言中最奇特、最不易理解的黑洞概念． 什么是黑洞呢？简单地说，黑洞就是一个其逃逸速度超过光速的…     

双中子星的并合及其引力波和电磁信号

2017年,轰动世界的引力波事件GW170817被确认来自于双中子星的并合。这是人类历史上首次探测到这种极端、剧烈的天体物理事件。双中子星是两个致密天体——中子星组成的系统,由双恒星系统经历漫长演化后形成。文章将从双中子星并合前、并合过程中与并合后全面地描述这种剧烈的天文现象,走进一段神奇而迤逦的旅程。未来随着引力波观测设备的升级,有望再次看到来自宇宙深处的引力波以及伴随的丰富多彩的电磁信号。     

沉寂黑洞的突然爆发

宇宙中有一大部分星系＂停泊＂在黑洞的近旁.有些是沉寂的,而另一些则持续地产生辐射.为了探测星系以及中心黑洞从沉寂到爆发的突变,     

收听黑洞的宇宙哼鸣

正最近对来自外空间的引力波的探测将天文学引领到一个新纪元。至今,激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和Virgo的团队已观察到来自一些黑洞并合以及一对双中子星并合的引力波。但是所探测到的这些事件只不过是冰山一角。估计在宇宙中质量与恒星质量相当的一对黑洞,每几分钟便发生一次并合。双中子星每15秒左右发生一次并合。然而只有少数这种并合发生在足够近处,而能被探测到。澳大利亚Monash大学的Rory Smith和Eric