Question

神奇的黑洞是近代引力理論所預(yù)言的一種特殊天體，探尋黑洞的方案之一是觀測(cè)雙星系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．天文學(xué)家觀測(cè)河外星系大麥哲倫云時(shí)，發(fā)現(xiàn)了LMCX-3雙星系統(tǒng)，它由可見(jiàn)星A和不可見(jiàn)的暗星B構(gòu)成．兩星視為質(zhì)點(diǎn)，不考慮其它星體的影響，A、B圍繞兩者連線(xiàn)上的O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(cè)能夠得到可見(jiàn)星A的速率v和運(yùn)行周期T．

（1）可見(jiàn)星A所受暗星B的引力FA可等效為位于O點(diǎn)處質(zhì)量為的星體（可視為質(zhì)點(diǎn)）對(duì)它的引力，設(shè)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(jiàn)星A的速率v、運(yùn)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(yáng)質(zhì)量ms的2倍，它將有可能成為黑洞．若可見(jiàn)星A的速率，運(yùn)行周期，質(zhì)量m1=6ms，試通過(guò)估算來(lái)判斷暗星B有可能是黑洞嗎？

（，）

Answer 1

略

解析:

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

A、B之間的距離 根據(jù)萬(wàn)有引力定律

得

(2)對(duì)可見(jiàn)星A有  其中  得：

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

  由數(shù)學(xué)知識(shí)知在n>0是增函數(shù)

當(dāng)n=2時(shí)， 

∴一定存在n>2，即m2>2ms，可以判斷暗星B可能是黑洞