如图,神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体,探寻黑洞的方案这一是观测双星系统的运动规律.天文学家观测河外星系大麦哲伦云时,发现了LMCX-3双星系统.它由可见星A和不可见星B构成。两星视为质点,不考虑其它天体的影响,A、B围绕两者连线上的O点做匀速圆周运动,它们之间的距离保持不变,如图,引力常量为G,由观测者能够得到可见星的速率v和运行周期T。
(1)可见星A所受暗星B的引力FA可等效为位于O点处质量为m¹的星体(视为质点)对他的引力,设A和B的质量分别为m1、m2,试求m¹(用m1、m2表示)
(2)求暗星B的质量m2与可见星A的速率v、运行周期T和质量m1之间的关系式;
(3)恒星演化到末期,如果其质量大于太阳质量ms的两倍,它将有可能成为黑洞。若可见星A的速率v=2.7x10^5,运行周期T=4.7πx10^4s,质量m1=6ms,试通过估算来判断暗星B有可能是黑洞吗?(G=6.67x10^-11N·m^2/kg^2,m=2.0x10^30kg)
他们已经把标准答案给你了,我就不多在答案上废话了,这是一道很简单的题目,第一问,你要想出它的运动时的物理情景,在分析之中,我们发现A,B的角速度是不变的,同时我们容易看出,A对B的吸引与B对A的吸引互为作用力反作用力,FA=FB,这样,我们可以得到一个关于r2的表达式,同时,根据万有引力,我们可以根据A与B的关系写出一个表达式,根据A与O的关系,列出一个表达式,之后,很容易发现,这两个引力之间有相等的关系,这样,我们就可以导出用已知条件表示m‘的表达式了。有了第一问的分析第二问就更为简单了,我们容易看出,对于A来说,有万有引力提供向心力,根据这一条,我们可以列出一条等式,
可以导出关于r1的表达式,又由,v=2pai*r1/T,我们又可以导出一个关于r1的表达式,这样,根据这两个表达式,可以导出一个关于m’的表达式,再用第一问的成果,就可以确定暗星B的质量m2与可见星A的速率v、运行周期T和质量m1之间的关系了。有了前两问的基础,第三问,更为简单了,将题目中给的m1=6ms关系带入第二问的成果,再代入题目所给的数据,我们可以得到一个关于m2和ms的表达式,在这里,我们不妨设m2=nms,将这个假定的条件代入我们刚刚导出的表达式,这样,我们就得到一个关于n和ms关系的表达式,再次,因为题目中有“如果其质量大于太阳质量ms的两倍,它将有可能成为黑洞。”这样一个条件,所以我们不妨令n=2,来反解ms,解得我们知道等于0.125ms这个值小于3.5ms,这样,我们可以断定,要想使求出的值等于3.5ms,那么n>2,这样,我们就有理由说,B可能为黑洞了。