爱丁顿光度

爱丁顿光度指天体在稳定状态能达到的最大光度。因为向外辐射的光会产生辐射压(光压),当辐射压超过引力时,物质会被推离天体。所以稳定情况下,光度的最大值应该是产生的辐射压和引力平衡时对应的光度,被称为爱丁顿光度( Eddington luminosity)。

简单的推导如下:单个光子携带的能量为:$E_{\nu} = h \nu$,因此,单个光子携带的动量为:$P_{\nu} = m v = \frac{E_{\nu}}{c^2} c = \frac{E_{\nu}}{c}$。所以很明显的,可以说,光子的动量与仅与光子的能量相关,而与光子频率没有直接关系。对应的,光所携带的动量流仅与光的能量密度有关,而同光的频率组成无关。所以,如果我们假设天体在各个方向上的辐射是均匀的,则光度为$L$的天体在距离为$R$处单位面积上产生的辐射压是:
$$\frac{L}{4 \pi R^2 c} $$

如果把距离为R处的物质考虑为质子,设质子的质量为$m_p$,对应的散射截面为${\sigma}_T$(实际上就是电子的汤姆逊散射截面),则质子在该处受到的引力是:$F_g = \frac{G M m_p}{R^2}$(其中$M$是天体的质量),受到的辐射压力为:$F_r = \frac{L}{4 \pi R^2 c} {\sigma}_T$。当两者达到平衡时,物质不会加速落向天体,此时对应的光度即为爱丁顿光度,因此有:
$$\frac{G M m_p}{R^2} = \frac{L_{Edd}}{4 \pi R^2 c} {\sigma}_T$$
可以得到:
$$L_{Edd} = \frac{4 \pi G M m_p c}{{\sigma}_T}$$
很明显的有,爱丁顿光度同距离无关,和天体的质量成正比。换算成以太阳的质量和光度为单位的话,爱丁顿光度可以写成如下形式:
$$L_{Edd} \approx 1.3 \cdot 10^{38} \left(\frac{M}{M_{\odot}}\right) erg / s = 3.3 \cdot 10^{4} \left(\frac{M}{M_{\odot}}\right) L_{\odot}$$

一般说来,普通恒星的光度远远低于爱丁顿光度,某些X射线双星和活动星系核的光度能够达到爱丁顿光度,伽玛射线暴、超新星爆发可以在短时间内超过爱丁顿光度(这段话引自维基百科。)

Visits: 1048

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注

*