Question

 神奇的黑洞是近代引力理論所預言的一種特殊天體，探尋黑洞的方案之一是觀測雙星系統(tǒng)的運動規(guī)律．天文學家觀測河外星系大麥哲倫云時，發(fā)現(xiàn)了LMCX-3雙星系統(tǒng)，它由可見星A和不可見的暗星B構(gòu)成．兩星視為質(zhì)點，不考慮其它星體的影響，A、B圍繞兩者連線上的O點做勻速圓周運動，它們之間的距離保持不變，如圖18所示．引力常量為G，由觀測能夠得到可見星A的速率v和運行周期T．

（1）可見星A所受暗星B的引力F_A可等效為位于O點處質(zhì)量為的星體（可視為質(zhì)點）對它的引力，設A和B的質(zhì)量分別為m₁、m₂，試求（用m₁、m₂表示）；

（2）求暗星B的的質(zhì)量m₂與可見星A的速率v、運行周期T和質(zhì)量m₁之間的關(guān)系式；

（3）恒星演化到末期，如果其質(zhì)量大于太陽質(zhì)量m_s的2倍，它將有可能成為黑洞．若可見星A的速率，運行周期，質(zhì)量m₁=6m_s，試通過估算來判斷暗星B有可能是黑洞嗎？   圖18

（，）                      

 

 

 

 

 

Answer 1

 解析:

（1）設A、B的軌道半徑分別為r₁、r₂，它們做圓周運動的周期T、角速度ω都相同，根據(jù)牛頓運動定律有 即

A、B之間的距離 根據(jù)萬有引力定律

得

（2）對可見星A有  其中  得：

（3）設m₂= nm（n>0），并根據(jù)已知條件m₁=6m_s，及相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式得

  由數(shù)學知識知在n>0是增函數(shù)

當n=2時，  所以一定存在n>2，即m₂>2m_s，可以判斷暗星B可能是黑洞．