天体物理吧 关注:43,776贴子:252,473
  • 4回复贴,共1

引力红移的定量计算

只看楼主收藏回复

普朗克常数h=6.626x10^-34 Js
引力常数G=6.754×10^-11 N·m^2/kg^2
紫光频率f=7.5x10^14 Hz,
紫光能量E=hf=6.626x7.5x10^(14-34) J =4.97x10^-19 J
紫光质量m=E/c^2 = hf/c^2
=6.626x7.5x10^(14-34)/(3x10^8)^2 kg
=5.217x10^-36 kg

距离一亿光年质量为一亿倍太阳质量的黑洞:
距离L=9.46x10^(8+15) m = 9.46x10^23 m
质量M=1.989x10^(8+30)kg = 1.989x10^38 kg
史瓦西半径
B=2MG/c^2 = 2x1.989x6.754×10^(38-11) / (3x10^8)^2 m = 2.985x10^11 m
光子的引力红移实际上是光子克服引力做的功造成的能量损失
等于引力对光子做的功A,光子从黑洞视界旁的吸积盘到地球,积分计算路径是从B到L
∵ A(x)=∫ F dx = ∫ (GMm/x^2)dx = -GMm/x
∴ A=GMm(1/B - 1/L)
=6.754×1.989x5.217x10^(-11+38-36) (1/2.985x10^11 -1/9.46x10^23) J
=2.348x10^-19 J
E-A =4.97x10^-19 - 2.348x10^-19 J
=2.532x10^-19 J
红移量Δλ/λ0=(c/Δf)/ (c/f0)
= f0/Δf
=E/(E-A)
=4.97/2.532
=1.963
由此可知,此等黑洞引力红移使紫光变成了红光
对应于多普勒红移,相当于退行速度达光速的1.963倍。
目前已知最大质量的黑洞是太阳的1026亿倍,其引力红移量就是两千多,相当于退行速度是光速的两千多倍,足以把硬伽马射线移至红外线,由此可知,近距离的类星体红移量极高的原因就是因为其质量极大。
备注
一。超大质量黑洞视界外引力场强度已低到适用牛顿万有引力定律。
二。因光子传播过程中红移引起的质量变化忽略不计
三。因地球质量与黑洞比极为悬殊,光子受地球引力的蓝移亦可忽略不计


IP属地:四川1楼2022-11-26 17:42回复
    黑洞自身不发光,所以必须加入进入黑洞引力范围光的蓝移计算


    IP属地:上海来自Android客户端2楼2022-11-28 07:50
    收起回复