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不同尺度的同样现象： 太阳、黑洞、超新星爆发、 伽玛暴、星系、星系团 …

不同尺度的同样现象： 太阳、黑洞、超新星爆发、 伽玛暴、星系、星系团 …. 张双南 清华大学物理系和天体物理中心 科学院高能所粒子天体物理重点实验室. 彭桓武学长的启示. 彭桓武学长在 2005 年 4 月 15 日在“世界物理学纪念大会”上的讲话（ 来源：科学时报 ） ： 物质世界虽然千变万化，但却十分真诚，“在同样条件下必然出现同样现象”. 不同尺度的 同样 现象： 太阳、黑洞、超新星爆发、 伽玛暴、星系、星系团 …. 不同尺度的 类似 现象： 太阳、黑洞、超新星爆发、 伽玛暴、星系、星系团 …. 几种相互补充的天文学研究方法. 数量. 增加.

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不同尺度的同样现象： 太阳、黑洞、超新星爆发、 伽玛暴、星系、星系团 …

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Presentation Transcript

  1. 不同尺度的同样现象：太阳、黑洞、超新星爆发、伽玛暴、星系、星系团…不同尺度的同样现象：太阳、黑洞、超新星爆发、伽玛暴、星系、星系团… 张双南 清华大学物理系和天体物理中心 科学院高能所粒子天体物理重点实验室 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  2. 彭桓武学长的启示 • 彭桓武学长在2005年4月15日在“世界物理学纪念大会”上的讲话（来源：科学时报 ） ： • 物质世界虽然千变万化，但却十分真诚，“在同样条件下必然出现同样现象” 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  3. 不同尺度的同样现象：太阳、黑洞、超新星爆发、伽玛暴、星系、星系团…不同尺度的同样现象：太阳、黑洞、超新星爆发、伽玛暴、星系、星系团… 不同尺度的类似现象：太阳、黑洞、超新星爆发、伽玛暴、星系、星系团… 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  4. 几种相互补充的天文学研究方法 数量 增加 • 将天体按层次分类，研究其形成和演化 • 行星、恒星、星系、星系团、宇宙 • 从物理过程出发，解释各种观测现象 • 辐射、粒子加速和传播、磁流体力学 • 从“新”分析方法出发，到处寻找新现象 • 图像处理、光谱分析、时－频分析 • 寻找和比较不同尺度天体的同样现象，研究共同的机制和过程 • 喷流、振荡、耀变、爆发、激波…. 观测天 文学家 理论天 文学家 数据分 析家 杂家？ 观测物 理学家 ??? 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  5. 天文游戏的一种可能玩法？ 应用太阳天 体物理学？ 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  6. 太阳：距离最近的天体物理实验室 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  7. Solar atmosphere and accretion disks around BHs 500 Temperatures of Solar Atmosphere = Temperatures of Accretion Disk Magnetic field energy release dominates. (Zhang et al, Science, 2001) 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  8. Heating of the solar corona visible continuum Soft X-ray UV Magnetic flux Parker (1994) Reconnection of tangled magnetic fields? 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  9. Solar flare light curves 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  10. A “Standard” Model: Reconnections →Solar Flares →Corona Heating X-ray images 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  11. Shear and twist… S-shape easier to erupt In accretion disks, differential rotation will certainly twist magnetic field, so turbulent reconnections should be the main energy release mechanism X-ray images 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  12. The Sun and other stars 太阳只是一个不太活动的恒星 Stellar emission Solar flares 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  13. Stellar mass and supermassive BHs Falcke, Kording, & Markoff 2004 太阳、恒星、黑洞双星、 银河系中心和活动星系的 中心的射电和X射线 辐射机制类似 Supermassive BHs BH in Galactic center Black hole binary 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  14. Heating of stellar coronae 磁场能显然也主导恒星冕的辐射 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  15. 吸积盘辐射的“玩具”模型：Flares • 吸积盘的x/-射线辐射：Reconnection-Flare • 观测事实：磁场能主导吸积盘冕和恒星/太阳冕加热 • 太阳冕加热模型：磁重联产生的Flares • 吸积盘reconnection-flare模型的基本理论根据 • 太阳表面的剪切和扭曲容易产生Flares • 吸积盘表面的差分旋转产生的“磁场转动不稳定性”是吸积盘角动量传递的主要机制(Balbus & Hawley) • 吸积盘reconnection-flare模型的基本预言 • 吸积盘的冕是盘状结构，而不是球状结构 • 观测的光变曲线是由Flares组成的 （此模型还没有被完整发表，已发表的 盘冕部分目前在天文界也还没有共识） 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  16. Type II Type I Antonucci 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  17. Evidence for dusty torus in the active galaxy Mrk231 The inferred model of the nuclear torus. The molecular material moves from top right to bottom left (northwest to southeast). Virial estimates of the central mass concentration give MBH=(7.2±3.8) x107 solar masses. Kloeckner et al., Nature, 2003 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  18. Evidence against unification model of active galactic nuclei? • Hasinger et al 2003 • Similar correlation has been found by Steffen et al. (2003). Sazonov & Revnivtsev (2004), Wang & Zhang (2004) in other samples of AGNs This has been taken as the evidence of evolution of torus geometry. 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  19. 黑洞的盘冕模型（暂不考虑喷流） 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  20. In all previous studies, it has been assumed implicitly the corona has a spherical geometry For disk emission, the observed apparent X-ray luminosity is related to its intrinsic luminosity by: Then for a given X-ray luminosity, randomly oriented AGNs will have apparent luminosity distribution: Anisotropy of X-ray emission from active galactic nuclei 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  21. The inclination angle effect on type-II active galactic nuclei fraction 吸积盘冕的各向异性 完全可以解释观测数据 Zhang, 2005, ApJ, 618, L79 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  22. Flares from Cyg X-1: stellar mass black hole binary 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  23. X-ray flares from the galactic center supermassive black hole: Sgr A* 周期信号表明X射 线产生于吸积盘 Aschenbach et al. 2004 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  24. BH spin and radio jet (Zhang, Cui & Chen, ApJ, 1997) • Radio quiet BH X-ray binaries • Spin: ~0.0 • Radio loud (superluminal jet) BH X-ray binaries • Spin: ~0.93-0.95 • 极端自转Kerr黑洞 Best studied black hole binary, discovered by Zhang, S.N. et al. on July 31,1994: M=7 0.7c 1.2c 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  25. 类星体和微类星体的统一模型 • BH spin for quasars (Blandford, Livio etc.) • 90% quasars are radio quiet (Schwarzschild BH) • 10% quasars are radio loud (Kerr BH) • Our BH spin study indicates: • the BH spin scheme is true for stellar mass black holes • microquasars 高速自转 超大质量 黑洞 高速自转 恒星级质 量黑洞 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  26. 喷流是普遍的天文现象 Isolated young neutron stars Vela Pulsar Crab Nebula Gamma-ray burst jet model 1981: Star-formation bi-polar outflow discovered 1995: Jet associated with proto- planetary accretion disk Jet velocity ~ escaping velocity? 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  27. Gamma-Ray Bursts GRB 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  28. GRB 030329: 与SN2003dh的相关 http://cfa-www.harvard.edu/press/pr0311image.html The location of GRB 030329 before and after burst. Credit: Peter Challis J. Hjorth, et al., Nat. 423, 847-850 Berger et al. 2003, Nat., 426, 154 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  29. (Sky and Telescope, May 2002, 32) 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  30. 伽玛暴是研究高红移宇宙的探针 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  31. Basic Pictures of Magneto Hydrodynamic Jet Production Differential rotation + twisted magnetic field Neutron star GRB Collapsing, magnetized supernova core Pulsar magnetosphere, beyond the light cylinder Meier et al Magnetized accretion disks around neutron stars and black holes Magnetosphere of a Kerr black holes, with differentially-rotating metric NS & BH binary Kerr BH 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  32. Two-winds model Slow wind from the red giant phase Fast wind from the blue giant phase Supernova 1987A HST observation Simulation (Tanaka & Washimi 2002) 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  33. The triple-ring structure of Virgo Cluster: Feng, Zhang, Lou & Li 2004 Chandra X-ray image Jet: radio optical X-ray M87: an active galactic in the center of the Virgo Cluster of galaxies Triple-ring structure similar to SN1987A: winds before explosion. Two galaxies with supermassive BHs merged → rings and jet (NASA新闻发布). 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  34. 总结 • 彭桓武学长在2005年4月15日在“世界物理学纪念大会”上的讲话（来源：科学时报 ）： • 物质世界虽然千变万化，但却十分真诚，“在同样条件下必然出现同样现象” • 学生的应用 • 宇宙中虽然有不同尺度、不同类型的天体，但却十分诚实，“在同样条件下必然出现同样现象” 。 • 通过研究这些同样的现象，理解它们背后的共同机制。 磁重联、黑洞自转、吸积、喷流、塌缩… 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

  35. 不完全的致谢 • 以上我的部分工作和报告内容受益于向下列同行的请教 • 王水院士→太阳物理和磁重联；陆埮院士、戴子高教授等→伽玛暴；尤俊汉教授→辐射机制；王建民、王挺贵、吴学兵教授→活动星系核；武项平、徐海光教授→星系团；我的很多的优秀学生们教了我很多知识 • 我的出色的合作者们：崔伟、陈莞、王青德、吴学兵、徐海光、楼宇庆、李惕碚、尤俊汉、陆烨、郑广生… • 参加中长期规划使我的物理与天文知识得到很大扩展 • 方成院士激励我思考本次报告的内容，并提名和支持本报告为下一届国际天文联合会大会的三个大会报告之一 谢谢！请批评、指教和提问！ 2005年６月３日世界物理年学术报告会：清华大学/高能所 张双南

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