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天文测试——黑洞知识小测
1. 黑洞中心的点被称为::

[单选题] *  分值:10
您的回答为:奇点 
  (得分:10)
正确答案:奇点

奇(qí)点是时空无限弯曲(曲率无限大)的那一个点 。它具有一系列奇异的性质:无限大的物质密度、无限弯曲的时空、无限趋近于0的熵值……

英国理论物理学家霍金等人提出“奇点定理”,证明当把广义相对论应用于宇宙学时,就必然会出现“奇点”,不仅在大尺度宇宙会出现“奇点”,而且超大质量的恒星濒死时的引力塌缩的最终结局也是“奇点”(此“奇点”指黑洞,与奇点有类似特性)。

科学家认为奇点存在于黑洞中央,根据奇点的性质,奇点可以是宇宙大爆炸之前宇宙所存在的形式,也可以是超级恒星坍缩成黑洞的“奇点”(此句意为坍缩成黑洞,而非坍缩成奇点)。当代物理学理论认为这个点无限密集,尽管科学家认为它是因广义相对论和量子力学的不一致而导致物理学崩溃的产物。事实上,科学家怀疑奇点非常密集,但并非无限密集。
2. 钱德拉塞卡极限是:

[单选题] *  分值:10
您的回答为:白矮星在不坍缩成中子星或者黑洞的前提下所含的最大质量 
  (得分:10)
正确答案: 白矮星在不坍缩成中子星或者黑洞的前提下所含的最大质量

钱德拉塞卡极限是白矮星的最高质量,是无自转恒星以电子简并压力阻挡重力坍缩所能承受的最大质量。其数值约为3× 10^30公斤,是太阳质量的1.44倍。
3. 根据广义相对论的预言,黑洞有:

[单选题] *  分值:10
您的回答为:无限大的密度 
  (得分:10)
正确答案:无限大的密度

黑洞内引力达到临界值,力线自封闭。意味着一切物质都将无法挽回地向黑洞中心移动。黑洞因此成为只有质量,没有体积的质点,所以密度无限大。

黑洞对质量大小并无要求,只需要满足密度达到临界值,表面的光无法逃脱,就会塌缩为质点。
4. 当恒星死亡后,其质量满足以下哪一要求时将会变成黑洞?

[单选题] *  分值:10
您的回答为:塌缩的内核质量超过2.2倍太阳的质量 

正确答案为:塌缩的内核质量超过3.2倍太阳的质量
正确答案:塌缩的内核质量超过3.2倍太阳的质量,即大于奥本海默极限

奥本海默极限是稳定中子星的质量上限。一颗热核能源耗尽的星体,如果质量大于这个临界质量,就不可能成为稳定的中子星,它要么经过无限坍缩形成黑洞,要么形成介于中子星与黑洞之间的其他类型的致密星,这个临界质量被称为奥本海默极限。
5. 每个物体都有这样一个半径:在这个半径内,如果它的质量坍缩,则需要其引力逃逸速度达到光速。这样的半径被称作:

[单选题] *  分值:10
您的回答为:史瓦西半径 
  (得分:10)
正确答案:史瓦西半径

史瓦西半径是任何具有质量的物质都存在的一个临界半径特征值。它是一个球状对称、不自转的物体的引力场的精确解。 一个物体的史瓦西半径与其质量成正比。太阳的史瓦西半径约为3千米,地球的史瓦西半径只有约9毫米。

物体的实际半径小于其史瓦西半径的物体被称为黑洞。在不自转的黑洞上,史瓦西半径所形成的球面组成一个视界(仅对于不自转的黑洞,自转的黑洞的情况稍许不同)。光和粒子均无法逃离这个球面。银河中心的超大质量黑洞的史瓦西半径约为780万千米。史瓦西半径不是黑洞实体半径。黑洞的半径不能直接用肉眼看,肉眼看到的是史瓦西半径。

6. 银河系中心的超大质量黑洞是:


[单选题] *  分值:10
您的回答为:人马座A* 
  (得分:10)
正确答案:人马座A*

人马座A*(Sagittarius A*,简写为Sgr A*)是位于银河系银心一个非常光亮及致密的无线电波源,大约每11分钟旋转一圈,属于人马座A的一部份。人马座A*很有可能是离我们最近的超重黑洞的所在,因此也被认为是研究黑洞物理的最佳目标。
7. 类星体是遥远星系,其中心区域包含:

[单选题] *  分值:10
您的回答为:超大质量黑洞 

正确答案为:超大质量的活跃黑洞
正确答案:超大质量的活跃黑洞

类星体是类似恒星天体的简称,又称为似星体、魁霎或类星射电源,与脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子一道并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。

类星体是人类观测到的非常遥远的天体,高红移的类星体距离地球可超过100亿光年。类星体是一种在极其遥远距离外观测到的高光度天体,80%以上的类星体是射电宁静的。类星体比星系小很多,但是释放的能量却是星系的千倍以上,类星体的超常亮度使其光能在100亿光年以外的地方被观测到。

一般认为类星体有一个寄主星系,寄主星系中心的黑洞吞噬的物质是类星体的燃料来源。类星体其实是星系演化早期的样子,早期的银河系从远处看也是一个类星体。星系演化早期,星系中心的超大质量星系黑洞在快速大量地吞噬吸积盘的物质,使吸积盘高速旋转而产生高能辐射。当星系黑洞把吸积盘近处的物质的吞噬完,类星体就会慢慢转变成我们现在看见的椭圆星系和漩涡星系。
8. 如果太阳被一个相等质量的黑洞自发取代,地球将被其吸入。

[判断题] *  分值:10
您的回答为:正确 

正确答案为:错误
正确答案:错误

等质量的黑洞不会提供比太阳更大的引力。太阳的史瓦西半径为3公里,远超过日地距离,不会被吸入。
9. 黑洞的事件视界代表着:
[单选题] *  分值:10
您的回答为:黑洞的密度极限 

正确答案为:没有任何东西可以逃脱的边界
正确答案:没有任何东西可以逃脱的边界

视界:
定义一:一个事件刚好能被观察到的那个时空界面称为视界。譬如,发生在黑洞里的事件不会被黑洞外的人所观察到,因此我们可以称黑洞的界面为一个视界。
定义二:黑洞的边界称为视界。

对于经典黑洞而言,黑洞外的物质和辐射可以通过视界进入黑洞内部,而黑洞内的任何物质和辐射均不能穿出视界或是反射,因此又称视界为单向膜。视界并不是物质面,它表示外部观测者从物理意义上看,除了能知它(指视界)所包含的总质量、总电荷等基本参量外,其他一无所知。

事件视界(events horizon),也叫事象地平面,是一种时空的曲隔界线,指的是在事件视界以外的观察者无法利用任何物理方法获得事件视界以内的任何事件的信息,或者受到事件视界以内事件的影响。因为即使速度快如光也无法出脱事件视界的范围,因此又演绎出“视界”的译词,作为外界观察者可看见范围的界线;从这点,事件视界所包住的时空对外界的观察者而言看起来是黑的,而出现了“黑洞”这名称。
10. 转动且带电荷的黑洞被称作:

[单选题] *  分值:10
您的回答为:史瓦西黑洞 

正确答案为:克尔--纽曼黑洞
正确答案:克尔--纽曼黑洞

根据黑洞本身的物理特性质量,角动量,电荷划分,可以将黑洞分为五类:

不旋转不带电荷的黑洞
:它的时空结构于1916年由史瓦西求出,称史瓦西黑洞。
不旋转带电黑洞:称莱斯纳-诺斯隆德黑洞。
旋转不带电黑洞:称克尔黑洞。
一般黑洞:称克尔-纽曼黑洞。
双星黑洞:与其他恒星一块形成双星的黑洞。

转动且带电荷的黑洞,叫做克尔--纽曼黑洞。这种结构的黑洞视界和无限红移面会分开,而且视界会分为两个,无限红移面也会分裂为两个。外视界和无限红移面之间的区域叫做能层,有能量储存在那里。越过外无限红移面的物体仍有可能逃离黑洞,这是因为能层还不是单向膜区。

史瓦西黑洞就是最普通的黑洞。它是直接由较大的恒星演化而来的。恒星到晚期时核燃料消耗殆尽,辐射压(光压)急剧减弱,星体在其自身引力的作用下坍缩。在宇宙空间里,此类黑洞居多数,其最大质量一般不超过50.2倍的太阳。
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