[毕业设计精品]白矮星结构数值模拟

本 科 毕 业 设 计（论文）题 目:白矮星结构数值模拟学 院:信息工程学院专 业:光信息科学与技术班 级:061班学 生:*学 号:*指导教师:* 职称:讲师 本 科 毕 业 设 计（论文）任 务 书信息工程学院 光信息科学与技术 专业 2006 级（2010 届）1 班 学生 题 目:白矮星结构数值模拟原始依据:工作基础:白矮星可看作中等质量恒星演化的终点，其在银河系中到处都能见到。估计它们目前的数量约100亿颗，而这个数量只会随时间增大。白矮星是一类冷星体，主要由重原子核和相应的电子组成，其质量越大，半径就越小。因为引力有利于简并物质的收缩和压紧，在白矮星内，原子结构被破坏，电子脱离了原子核的束缚，自由地在“简并海”中运动。尽管电子已极其密集，仍然有很大空间，原子核间的距离与其本身大小相比，仍相互离得很远。因此，白矮星的结构主要应是由引力和电子的简并斥力之间的相互作用决定的，引力的作用使星体压缩，而电子的简并斥力的作用则反抗压缩。学生已经学过原子物理学、量子力学、电动力学、光学、工程光学、激光原理、C语言程序设计、Matlab语言等课程，具备从事该课题的基础知识。研究条件:量子力学教材、数理方法教材、计算物理教材和具备本毕业设计的其他软、硬件条件。应用环境:在研究恒星的形成和演化时，该结果有助于了解白矮星的伴星-天狼星。工作目的:1、使学生提高综合运用所学专业知识的能力；2、使学生掌握从事学术研究的基本方法；3、使学生掌握撰写学术论文的基本格式；4、求解白矮星的物态方程，得两个耦合的一阶微分方程组，在确定了初始条件或边界条件后就可数值求解；5、模拟计算白矮星的质量M和半径R，从而了解白矮星的结构；6、了解C语言或Matlab语言在光学中的应用。主要内容和要求:主要内容:1、收集课题资料，学习了解白矮星结构的有关知识；2、求解白矮星的物态方程，得两个耦合的一阶微分方程组，在确定了初始条件或边界条件后就可数值求解；3、模拟计算白矮星的质量M和半径R，从而了解白矮星的结构；4、以白矮星的结构为基础，了解白矮星的伴星-天狼星，乃至更大的宇宙星系；5、设计文档整理。要求:1、学习过量子力学和原子物理学等课程，对天体物理有兴趣，并会使用C语言或Matlab语言进行简单的编程。2、独立完成所做设计或专题。日程安排:第12周:毕业实习（2周）；第34周:收集课题资料，知识（2周）；第58周:求解白矮星的物态方程，得两个耦合的一阶微分方程组，在确定了初始条件或边界条件后就可数值求解（4周）；第912周:模拟计算白矮星的质量M和半径R，从而了解白矮星的结构（4周）；第13周:小组讨论、进一步完善课题（1周）；第1415周:撰写毕业设计论文（2周）；第16周:做好答辩前的各项准备工作并参加答辩（1周）。主要参考文献和书目:1 凌永祥，陈明逵.计算方法教程M，西安:西安交通大学出版社，2005，4.2 刘俊红，钮蒸，东艳晖.白矮星的结构特点J.石家庄学院学报，2004，6(3):33-35.3 傅建宁，G.Vauclair，N.Dolez.两颗新的DA型脉动白矮星的光度变化J.科学通报，1997，42 (8):846-849.4 H. Y. Chiu and A. Muriel，Stellar Evolution，MIT Press， Cambridge，1972. 5 M.Schwarzschild ， Structure and Evolution of theStars ， Princeton Univ.Press ， Princeton ，1958. 6 V.C.Reddish，Stellar Formation，Pergamon Press， Oxford， 1978.指导教师签字: 年 月 日教研室主任签字: 年 月 日注:本表可自主延伸，各专业根据需调整 本科毕业设计（论文）开题报告（综述）信息工程学院 光信息专业 2006级（2010届）1班 学生: 题 目:白矮星结构数值模拟本课题来源及研究现状: （一）课题来源一颗恒星走到生命的最后阶段，当它把内部一切可以燃烧的东西都燃烧掉时，它就会轰然倒塌，转变成一颗白矮星。 白矮星致密的球体拥有几乎像太阳一样的质量，但是体积只有地球那么大。由于白矮星体内已经没有什么燃料可以燃烧，因此它们通常只通过发射本身储藏的热量，发出非常微弱的光。白矮星被认为是一颗恒星的生命终点，我们银河邻域的大部分恒星正在一步步迈进这个阶段，其中包括太阳，但是仅有大约3%的邻域恒星的质量足够大，可以进一步转变成超新星。 （二）研究现状目前人们已经观测发现的白矮星有1000多颗。天狼星(Sirius)的伴星是第一颗被人们发现的白矮星，也是所观测到的最亮的白矮星（8等星）。1982年出版的白矮星星表表明，银河系中有488颗白矮星，它们都是离太阳不远的近距天体。根据观测资料统计，大约有3的恒星是白矮星，但理论分析与推算认为，白矮星应占全部恒星的10左右。我们知道，原子是由原子核和电子组成的，原子的质量绝大部分集中在原子核上，而原子核的体积很小。比如氢原子的半径为一亿分之一厘米，而氢原子核的半径只有十万亿分之一厘米。假如核的大小象一颗玻璃球，则电子轨道将在两公里以外。而在巨大的压力之下，电子将脱离原子核，成自由电子。这种自由电子气体将尽可能地占据原子核之间的空隙，从而使单位空间内包含的物质也将大大增多，密度大大提高了。形象地说，这时原子核是“沉浸于”电子中。一般把物质的这种状态叫做“简并态”。简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡，维持着白矮星的稳定。 释放能量会造成恒星逐步冷却，表面温度逐渐降低，恒星的颜色也会随之变化。经过数千亿年之后，白矮星会冷却到无法发光，成为黑矮星。但是目前普遍认为宇宙的年龄（150亿年）不足以使任何白矮星演化到这一阶段。课题研究目标、内容、方法和手段:（一）研究目标1、提高综合运用所学专业知识的能力；2、掌握从事学术研究的基本方法；3、掌握撰写学术论文的基本格式；4、求解白矮星的物态方程，得两个耦合的一阶微分方程组，在确定了初始条件或边界条件后就可数值求解；5、模拟计算白矮星的质量M和半径R，从而了解白矮星的结构；6、了解C语言或Matlab语言在光学中的应用（二）研究内容1、收集课题资料，学习了解白矮星结构的有关知识；2、求解白矮星的物态方程，得两个耦合的一阶微分方程组，在确定了初始条件或边界条件后就可数值求解；3、模拟计算白矮星的质量M和半径R，从而了解白矮星的结构；4、以白矮星的结构为基础，了解白矮星的伴星-天狼星，乃至更大的宇宙星系； （三）方法与手段通过计算求解白矮星的流体静力方程和物态方程，在确定边界条件后进行数值求解，之后通过计算机模拟计算白矮星的质量和半径进而了解白矮星的结构。设计（论文）提纲及进度安排:（一）论文提纲摘要一、 引言1、恒星和白矮星的形成概述2、文献综述3.本文的主要研究方法二、白矮星结构分析三、白矮星结构的数值模拟四、结论与展望致谢参考文献附录 （二）进度安排第12周:毕业实习（2周）；第34周:收集课题资料，知识（2周）；第58周:求解白矮星的物态方程，得两个耦合的一阶微分方程组，在确定了初始条件或边界条件后就可数值求解（4周）；第912周:模拟计算白矮星的质量M和半径R，从而了解白矮星的结构（4周）；第13周:小组讨论、进一步完善课题（1周）；第1415周:撰写毕业设计论文（2周）；第16周:做好答辩前的各项准备工作并参加答辩（1周）。主要参考文献和书目:1 凌永祥，陈明逵.计算方法教程M，西安:西安交通大学出版社，2005，4.2 刘俊红，钮蒸，东艳晖.白矮星的结构特点J.石家庄学院学报，2004，6(3):33-35.3 傅建宁，G.Vauclair，N.Dolez.两颗新的DA型脉动白矮星的光度变化J.科学通报，1997，42 (8):846-849.4 H. Y. Chiu，A. Muriel.Stellar EvolutionM，MIT Press， Cambridge，1972. 5 M.Schwarzschild，Structure and Evolution of theStarsM， Princeton Univ.Press， Princeton，1958. 6 V.C.Reddish，Stellar Formation，Pergamon Press， Oxford， 1978.指导教师审核意见:教研室主任签字: 年 月 日注:本表可自主延伸摘 要白矮星是一类冷星体，可看作中等质量恒星演化的终点，其在银河系中到处都能见到。白矮星主要由重原子核和相应的电子组成，其质量越大，半径就越小。因为引力有利于简并物质的收缩和压紧，在白矮星内，原子结构被破坏，电子脱离了原子核的束缚，自由地在“简并海”中运动。尽管电子已极其密集，仍然有很大空间，原子核间的距离与其本身大小相比，仍相互离得很远。因此，白矮星的结构主要应是由引力和电子的简并斥力之间的相互作用决定的，引力的作用使星体压缩，而电子的简并斥力的作用则反抗压缩。本文介绍了白矮星和行星的形成过程，描述了白矮星的结构。求解了决定白矮星结构的方程组，结果表明随着星体中心密度的增大，白矮星的质量将趋于一个极限值，而星体将变得很小。关键字:白矮星；结构；模拟；质量；半径；ABSTRACT A White Dwarf star is a kind of cold, but as a medium quality of stellar evolution in the Milky Way galaxy,they can be seen everywhere. The dwarf is composited by heavy nuclei and electronic,the quality is larger,the radius is smaller. Because the gravity to Jane and material shrinkage and compaction ,in a White Dwarf,atomic structure damage,electronics,from the nucleus of freely in "Jane and sea" movement. Although the electronic has extremely dense,still have large space,the distance between the nucleus,compared with size is still far away from each other. Therefore,the dwarf is structure by gravitationa