赫羅圖可以表示黑洞嗎?如果可以,在赫羅圖的哪個位置?


糾結了一下,不匿了…

對於黑洞,的確存在一個非常有用的、類似於赫羅圖的東西——turtle head diagram,其反映了硬度、強度和噴流之間的關係

(https://arxiv.org/abs/astro-ph/0409360)

其中硬度(hardness)和強度(intensity)指的是輻射出的X射線的特徵:越「硬」的X射線能量越高,對應著較高的溫度;X射線的強度和光度是相關聯的。因此這張圖(表徵硬度和強度)與赫羅圖(表徵溫度和光度)在物理量上是一一對應的。這張圖被廣泛應用於關於黑洞和伴星通過吸積盤相互作用(blackhole X-ray binary)併產生噴流的研究。

值得強調的是,這裡的溫度和光度對應的不是黑洞本身,而是黑洞、伴星和吸積盤這一整體。吸積盤的相關內容太多,在此就不贅述了,姑且引用wiki:

吸積盤(accretion disc或accretion disk)是一種由彌散物質組成的、圍繞中心體轉動的結構(常見於繞恆星運動的盤狀結構)。比較典型的中心體有年輕的恆星、原恆星(protostar)、白矮星、中子星以及黑洞。在中心天體引力的作用下,其周圍的氣體會落向中心天體。假如氣體的角動量足夠的大,以致在其落向中心天體的某個位置處,其離心力能夠跟中心天體的引力相抗衡,那麼,一個類似於盤狀的結構就會形成,這種結構就叫做「吸積盤」。在吸積盤中,物質通過較差轉動及粘滯向外傳遞角動量。在這個過程中,氣體所攜帶的引力能得到釋放。這些釋放的引力能會加熱吸積盤中的氣體,導致氣體向外輻射。

概括起來,黑洞從其伴星吸積物質,物質繞黑洞旋轉形成吸積盤並逐漸向中心落入,其本質是引力勢能轉化為動能和輻射的過程;這一過程決定了blackhole X-ray binary的光度和溫度。

幾位答主的回答都是合理的:

有答主認為沒法把黑洞放入赫羅圖中,因為黑洞本身無法像恆星一樣自行發光;我認為這個說法是沒問題的。

也有答主認為可以放入,因為黑洞本身會有霍金輻射,這對應著一個光度。從定義上來說,正如 @白書旭所言(他也給出了具體的計算),我們可以這樣做,但意義不大。

之所以說在這裡應用霍金輻射的意義不大,是因為赫羅圖是天體物理學中的概念,而黑洞的霍金輻射是量子引力中的概念;雖然對象都是黑洞,但這兩個概念完全是兩個不同領域中的(霍金輻射尚未被天文觀測證實,並且不是天文意義上的觀測量)。因此,比較合理的處理方法是,應用黑洞吸積盤的光度和溫度而不是霍金輻射,因為吸積盤是更宏觀上的天體物理現象,其光度和溫度是可以直接觀測到的物理量。如前所述,這一處理方法已經被用於blackhole X-ray binary的相關研究中。


秉著知乎勺子的精神,我表示:可以,使用霍金輻射即可。

至於位置…嗯,總體來說,是遙遠的左下方的一條直線,如果畫出來的話肯定貫穿了整個屏幕,畢竟黑洞可以在一個「瞬間」達到一個逆天的光度。該直線斜率符號與主序一樣,絕對值比主序小很多。

具體位置我有空算一下嗯。(為了方便橫軸使用溫度而非超級麻煩的 B-V 之流。)


HR圖橫坐標是色指數B-V(或者表面溫度、光譜型),縱坐標是絕對星等(或者光度)

理論上講,黑洞是可以放上HR圖裡的,但是這沒有任何實際意義……

考慮真空中一個質量為M的Schwarzschild黑洞,其溫度為T=frac{hbar c^3}{8pi k_{{
m B}}G}frac{1}{M},光度為L=left|c^2frac{{
m d}M}{{
m d}t}
ight|=sigma AT^4c^2=frac{pi^2k_{
m B}^4}{60hbar^3c^2}frac{16pi G^2M^2}{c^2}left(frac{hbar c^3}{8pi G M k_{
m B}}
ight)^4=frac{hbar c^8}{15360pi G^2}frac{1}{M^2}

如果是一些小黑洞,倒有可能能放到HR圖比較中央的位置,可是像銀心的那種SMBH的話……大概得塞到角落裡去了……


在經典的廣義相對論中 黑洞的溫度是絕對零度 所以可以看到 這種情況下是沒辦法畫在赫羅圖上的。但是如果我們考慮黑洞的霍金輻射 那麼黑洞表面就會有一定的輻射 但是對於通常意義上的黑洞而言(指質量在恆星量級以上的黑洞),他們的溫度都是非常低,比我們知道的宇宙微波背景輻射的溫度2.73K都要低好幾個數量級,相比較恆星的溫度,這是要小很多,於此同時也可以計算一下黑體輻射的廣度 對於恆星量級的黑洞,半徑也就在100公里左右,所以可以預見光度也是及其微小的 這種情況下 很容易知道黑洞大約在什麼位置了


不能。

赫羅圖是恆星光譜類型和光度對照關係的表示圖,構成圖需要恆星本身的光學觀測數據,而黑洞因為不輻射可見光,無法進行光學觀測,所以不出現在赫羅圖上。


謝邀……

赫羅圖用於顯示恆星演化。

儘管黑洞理論上是可以通過Hawking輻射表現出「溫度」的,但撇開這種「溫度」的假象不談(畢竟該輻射其實並不來自黑洞本身)

還要知道Hawking輻射的功率和黑洞質量的平方反比。

恆星質量級別的黑洞Hawking輻射太微弱。

算上CMB的2.73k,已經基本上可以宣告沒啥卵用。

除非是非常小的黑洞,不過那數量級完全不是恆星。

瀕臨死亡的黑洞說起來像一個小的激光器。雖然輻射很強,放到赫羅圖還是太尷尬了……


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