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白矮星的平衡条件研究

时间:2017-08-11 数学毕业论文 我要投稿


目  录

课题……………………………………………………………………(1)
中文摘要、关键词……………………………………………………(1)
前言……………………………………………………………………(1)
1 白矮星是1个复合系统……………………………………………(2)
2 白矮星的引力势能…………………………………………………(2)
2.1 白矮星内部存在的引力势能 ………………………………………(2)
2.2 氦离子子系的引力势能……………………………………………(3)
3 白矮星的热运动能…………………………………………………(4)
4 白矮星的简并压和相对论性………………………………………(5)
5 白矮星的中的电磁作用电磁辐射…………………………………(6)
6 氦离子间的核力 …………………………………………………(10)
结论与说明…………………………………………………………(11)
参考文献 ……………………………………………………………(13)
英文课题 ……………………………………………………………(13)
致谢 …………………………………………………………………(14)

白矮星的平衡条件研究
摘要:白矮星的力学平衡1直以来都是人们非常感兴趣的问题,原有理论认为是电子的简并压力抗衡着星体的自引力而阻止了其向中心塌缩维持稳定状态。近年来,有人根据白矮星的等离子特性提出了1种新的模型——氦离子系统与电子系统的复合系统模型。本文根据这种复合系统的模型理论,分析了初期演化过程中的白矮星的基本特性,分别讨论了白矮星内部的各种相互作用,并对其作用强度进行了定性和半定量的估算,得出了各种相互作用的强度之比,重新推导出白矮星的力学平衡条件,从而总结出:氦离子系统的自引力与电子系统的简并压力这1对平衡力是维持白矮星平衡的主要作用力。其他作用与这两种作用相比较而言是可以忽略的。
关键词:白矮星;复合系统;引力势能;简并压;电磁屏蔽

前言
自1862年人们发现了第1颗白矮星——天狼B 以来,白矮星的理论经历了近1百510年的发展。到了今天,关于白矮星的研究还在继续,因为探索宇宙是人类永恒的欲望!1924年,爱丁顿在《恒星的质光关系》1文中指出了天狼B 的特殊性质,并将这类恒星称为“白矮星”(“白”是指温度高,呈白色;“矮”是指“个儿小”),认为他们温度高,体积小,密度大[1]。但当时的人们还无法接受这种高密度。1925年,W.S.亚当斯观测到天狼B 的红移现象,证实了天狼B的致密性[2],消除了人们对白矮星存在的怀疑。然而白矮星的致密性引发了1个新的问题:恒星内部靠什么样的“非热压力”与引力相平衡呢?就在这时,量子统计力学的1个新成果为天文学家提供了1个合理的解释。1925年,物理学家泡利提出的不相容原理指出[3],不能有两个电子处在同1状态。按量子力学理论,电子的运动状态是充分量子化的,状态的种数有1定的限制。如果在某1空间范围已有足够多的电子占满了所有各种状态,那么就不容许再多出1个电子去占据任何1种已被占据的状态。这种不容许多余电子进入某1空间范围的力就是简并压力。平常密度的物质,原子之间有很大的空间范围,受到压力时,空间缩小,密度就提高。如果压力极强,空间已被压缩到不能再小的程度,再压缩就会出现1个原子的电子闯入相邻原子,去侵犯所有位置已经占满了的原子。这时泡利不相容原理即刻发出警示说:不!——所有原子已经“简单”的“并”在1起了,不允许再被压缩了。这就是电子的简并压力。于是福勒将这1理论应用于解释白矮星这种“致密物质”状态[1],再后来他的研究生钱德拉塞卡讨论了白矮星中简并压力与引力之间的平衡细节,计算出了低质量、低密度白矮星的结构,然后又研究了高密度、大质量、高温的白矮星,考虑到电子的相对论性简并,得出了白矮星的质量上限为1.44 M⊙(钱德拉塞卡极限,“⊙”表示为太阳的数据)。现有的研究很少有给出白矮星内部各种作用力的全面解释的,白矮星内部存在各种作用力,原来的理论忽略了其他力的效果,只考虑简并压力与引力之间的平衡,但并没有详细的说明理由。所以对白矮星内部各种作用力进行计算,对其力学平衡进行更详细的分析显得非常重要。本文旨在讨论白矮星内部的各种相互作用,并对其作用强度进行定性和半定量的估算,得出各种相互作用的强度之比,从而推导出白矮星的力学平衡条件。

Research of Equilibrium Condition of White dwarf

Abstract: The mechanical balance of white dwarf has always attracted people’s extremely interests. The original theory thought that it’s the electronic degeneration pressure that contends with the attraction of the stars and prevent it from collapsing to the center, so that a steady state could be maintained. In recent years, based on the characteristic of white dwarf, some people proposed a kind of new model, that is, a multiplexed system model combined helium ion system with the electronic system. According to the model theory of this multiplexed system, the thesis has analyzed the basic characteristic of white dwarf in its interior mutual force separately, and made a qualitative and half quote estimate to the force intensity. As a result, the ratio of the mutual force intensity was obtained, the mechanical balance condition of white dwarf was reduced, and the conclusion could be like this: the pair of balance force produced by the helium ion system itself and electronic system degeneration pressure is the main force which keep the balance of white dwarf, other forces, compared with these two forces, could be neglected.
Keywords: White dwarf; Multiplexed system; Gravitational potential energy; Degeneration pressure; Electromagnetic screen

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