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【题目】2016211日,美国激光干涉引力波天文台LIGO)团队向全世界宣布发现了引力波,这个引力波来自于距离地球13亿光年之外一个双黑洞系统的合并。已知光在真空中传播的速度为c,太阳的质量为M0,万有引力常量为G

1)两个黑洞的质量分别为太阳质量的26倍和39倍,合并后为太阳质量的62倍。利用所学知识,求此次合并所释放的能量。

2)黑洞密度极大,质量极大,半径很小,以最快速度传播的光都不能逃离它的引力,因此我们无法通过光学观测直接确定黑洞的存在。假定黑洞为一个质量分布均匀的球形天体。

a.因为黑洞对其他天体具有强大的引力影响,我们可以通过其他天体的运动来推测黑洞的存在。天文学家观测到,有一质量很小的恒星独自在宇宙中做周期为T,半径为r0的匀速圆周运动。由此推测,圆周轨道的中心可能有个黑洞。利用所学知识求此黑洞的质量M

b.严格解决黑洞问题需要利用广义相对论的知识,但早在相对论提出之前就有人利用牛顿力学体系预言过黑洞的存在。我们知道,在牛顿体系中,当两个质量分别为m1m2的质点相距为r时也会具有势能,称之为引力势能,其大小为(规定无穷远处势能为零)。请你利用所学知识,推测质量为M′的黑洞,之所以能够成为洞,其半径R最大不能超过多少?

【答案】13M0c22

【解析】试题(1)(6分)合并后的质量亏损

根据爱因斯坦质能方程

得合并所释放的能量

2a.(6分)小恒星绕黑洞做匀速圆周运动,设小恒星质量为m

根据万有引力定律和牛顿第二定律

解得

b.(6分)设质量为m的物体,从黑洞表面至无穷远处;根据能量守恒定律

解得

因为连光都不能逃离,有v =" c" 所以黑洞的半径最大不能超过

练习册系列答案
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