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中子星自转角速度怎么估算?《张朝阳的物理课》展示角动量守恒定律的威力

时间:2022-04-19 18:16:02

 

来源:中国网科技

4月17日12时,《张朝阳的物理课》第四十六期开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,带着网友们复习了上一次直播课所介绍的角动量知识,并借助角动量守恒定律证明了开普勒第二定律,然后回到本次课程的最初目的,即科普中子星是怎么形成的,最终利用所介绍的角动量知识估算了中子星的旋转速度。

直播开始,张朝阳先带着网友们复习质点系的角动量定理,说明了角动量守恒成立的条件,然后将这些知识应用到行星绕恒星的运动上,推导了描述行星角动量守恒的表达式,生动明了地解释了它和开普勒第二定律的关系:开普勒第二定律是角动量守恒的直接推论。

紧接着,张朝阳介绍了中子星的形成过程。中子星是在恒星的生命末期、经超新星爆发后形成的。恒星的质量越大,其寿命越短。当恒星质量达到一定程度后,在其生命末期会发生爆炸,余下的部分根据质量的不同会形成中子星或者黑洞。

中子星内部主要由中子构成。在中子星形成之初,超新星爆发产生的反冲力、引力等使得核心内部的气体压强、电子简并压等已经不足以抵抗收缩,最终使质子和电子反应成为中子,进一步塌缩为中子星,内部依靠中子简并压来抵抗引力的压缩。中子星半径在10公里量级。

最后,张朝阳利用角动量守恒估算了中子星的转动速度。中子星在形成之前体积很大,形成之后的半径却只有10公里左右,从而转动惯量变化非常大。根据角动量守恒,中子星在形成过程中旋转角速度会被放大约10^9倍,最后达到约每秒几百圈。由于中子星会像手电筒一样沿其磁极发射光子,而磁极一般不会和中子星的旋转轴重合,这就导致人们会观测到中子星的脉冲,频率约为几百赫兹。

截至目前,《张朝阳的物理课》已直播四十余期。于每周周五、周日12时在搜狐视频直播,网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”,观看直播及往期完整视频回放;关注“张朝阳的物理课”账号,查看课程中的“知识点”短视频;此外,还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上,阅览每期物理课程的详细文章。

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