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高能天体物理

时间：2023-04-12 14:56:04 下载该word文档

高能天体物理
高能天体物理是天体物理学的一个分支学科。主要任务是研究天体上发生的各种高能现象和高能过程。这里的高能现象或高能过程一般是指下述两种情形：①所涉及的能量同物体的静止质量相对应的能量来比，不是一个可忽略的小量；②有高能粒子或高能光子参与的现象或过程。二十世纪六十年代以来,随着类星体、脉冲星、宇宙X射线源、宇宙γ射线源等的相继发现，空间技术和基本粒子探测技术在天文观测中的广泛应用，以及高能物理学对天体物理学的不断渗透，对宇宙中高能现象和高能过程的研究便日益活跃起来。它涉及的面很广，既包括有高能粒子（或高能光子）参与的各种天文现象和物理过程，也包括有大量能量的产生和释放的天文现象和物理过程。最早，高能天体物理学主要限于宇宙线的探测和研究，真正作为一门学科是20世纪60年代后才建立起来的。60年代以后，各种新的探测手段应用到天文研究中，一大批新天体、新天象的发现，使高能天体物理学得到了迅速发展。高能天体物理学的研究对象包括类星体和活动星系核、脉冲星、超新星爆发、黑洞理论、X射线源、γ射线源、宇宙线、各种中微子过程和高能粒子过程等等。
高能天体物理学和高能物理学之间有十分密切的联系，它们相互渗透，相互促进。例如，①1958年范曼和格尔曼提出的普适弱相互作用理论容许有(ēve型荷电轻子弱流的自耦合过程。隆捷科沃和丘宏义等人研究了这种自耦合过程在天体物理学上的应用，发现它们对晚期恒星的演化有重要的作用。这一结果不仅促进了恒星演化理论的深入发展，而且使人们坚信在自然界确实存在这种过程。不久前，这种自耦合过程在实验室里果然得到证实。②按照经典理论，一切粒子只能落入黑洞之中，而不可能从黑洞内射到外面去。但是，从量子效应的观点来看，黑洞却可能成为可以发射粒子的天体。量子论和引力论的这一发展反过来又为研究强引力场中的基本粒子过程开辟了广阔的领域。③粒子物理学的研究成果帮助人们认识到，中子星的内部可能有各种超子和π介子，这是天体物理学的一个进展。

高能天体物理学已经取得一些重要的研究成果，主要表现在以下几个方面：①对于在恒星上可能发生的中微子过程作了开创性的研究，发现光生中微子过程、电子对湮没中微子过程以及等离子体激元衰变中微子过程等，对晚期恒星的演化有重要的影响；②对太阳中微子的探测发现实验值与理论值有较大的差距；③关于超新星的爆发机制，提出了一种有希望的理论；④超新星爆发可能是宇宙线的主要源泉；⑤在宇宙线中探测到一些能量大于10电子伏的超高能粒子，中国科学院原子能研究所云南站在1972年发现一个可能是质量大于1.8×10克的荷电粒子；⑥发现星系核的爆发现象和激烈的活动现象；⑦1973年发现宇宙γ射线爆发，1975年又发现宇宙X射线爆发,二者是七十年代天体物理学的重大发现；⑧对超密态物质和中子星的组成、物态和结构作了相当深入的研究。
观测和研究表明，银河系中最强的X射线辐射来自于包含有一颗致密星和一颗光学主序星的密近双星系统，其中的致密星体积很小、可以是质量为太阳质量三分之一的中子星，或大于三倍太阳质量的黑洞，其强大的引力吸引着光学主星的表面物质和周围气体，形成一个吸积盘。吸积盘物质被黏滞加热至高温等离子体态，在致密星附近产生和发射X射线，所以双星X射线源大多是热辐射天体，光度量级1030焦/秒。而且，由于光学主星的轨道运动，视向的X射线辐射会有轨道周期的掩食效应。另一类X射线强源发生在磁中子星上，具有强磁场的中子星可是密近双星中的致密星，如武仙座X-1；也可是超新星遗迹中的射电脉冲星，如蟹状星云脉冲星。辐射来自极冠处高能电子在强磁场中的同步辐射，视向强度受到中子星的自转周期的调制，这类天体也被称作X射线脉冲星或γ射线脉冲星。蟹状星云脉冲星的33毫秒周期性脉冲辐射一直延续到10千兆电子伏以上，证明这颗中子星极冠处的磁场强度达到了1012高斯。类星体和活动星系核是银河系外星系尺度上的强X射线发射体，光度范围1036—1040焦/秒，如果用巨型黑洞的吸积模型解释类星体和活动星系核的强大的能量释放现象，由于有较强的穿透率，X射线的发射即可反映其核心深处的作用规律，接近10千电子伏的X射线发射区已在吸积流进入黑洞视界前的最后稳定区。宇宙γ射线暴是近30年来最有吸引力的一类高能辐射现象，它们的短时标、随机出现

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