在天体演变的过程中,红色巨星发生“超新星爆炸”后,可以形成中

在天体演变的过程中,红色巨星发生“超新星爆炸”后,可以形成中子星(电子被迫同原子核中的质子相结合而形成中子),中子星具有极高的密度.

(1)若已知某中子星的密度为107 kg/m3,该中子星的卫星绕它做圆轨道运动,试求该中子星的卫星运行的最小周期;

(2)中子星也在绕自转轴自转,则其密度至少应为多大?(假设中子星是通过中子间的万有引力结合成球状星体,引力常量G=6.67×1011 N·m2/kg2

答案

解析:(1)如图中所示,设中子星的卫星圆轨道半径为R,质量为m,由万有引力提供向心力,可得.

又当R=r(中子星的半径)时,卫星的运行周期最小,注意到M=,由此可得Tmin=1.2×10-3 s.

(2)设中子星的质量为M,半径为r,密度为ρ自转角速度为ω.今在中子星“赤道”表面处取一质量极小的部分,设其质量仍为m.由万有引力提供向心力,可得=mω2r.又M=,整理可得ρ=,代入数据,可得ρmin=1.3×1014 kg/m3.

答案:(1)1.2×10-3 s  (2)1.3×1014 kg/m3


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