Science with the New Generation of High Energy Gamma-Ray Experiments pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:De Angelis, Alessandro (EDT)/ Mansutti, Oriana (EDT)

出品人:

页数:216

译者:

出版时间:

价格:87

装帧:HRD

isbn号码:9789812568137

丛书系列:

图书标签:

高能伽马射线
伽马射线天文学
空间实验
新一代实验
天体物理学
高能物理
宇宙射线
探测器
数据分析
科学前沿

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具体描述

宇宙的信使：高能伽马射线天文学的深远探索本书旨在为广大物理学、天文学爱好者以及专业研究人员提供一个全面而深入的视角，探讨高能伽马射线天文学这一蓬勃发展的领域。我们将聚焦于理解宇宙中最极端、能量最高的现象，以及我们如何利用尖端的探测技术来揭示这些奥秘。第一部分：高能伽马射线的起源与本质伽马射线是电磁波谱中能量最高的部分，它们的产生通常与宇宙中最剧烈的天体物理过程紧密相关。本部分将从基础物理学原理出发，详细解析高能伽马射线是如何形成的。第一章：粒子加速的极限我们将探讨宇宙中主要的粒子加速机制。超新星遗迹（SNR）内部的激波如何将质子和电子加速到接近光速？脉冲星风云（PWN）中磁场重联和等离子体不稳定性如何驱动粒子产生极高能量？我们还将深入研究活动星系核（AGN）的相对论性喷流内部的物理过程，特别是喷流碰撞和鞘层辐射如何成为TeV甚至PeV级伽马射线的强大来源。重点将放在费米加速机制的理论模型及其在不同天体环境中的适用性分析。第二章：极端天体物理源的剖析本章将系统梳理当前已知的高能伽马射线源的分类和特性。活动星系核（AGN）的统一模型与喷流辐射：我们将详细分析blazars（特别是亮型和暗型blazars）的能谱演化，探讨SSC（同步自康普顿）和EC（外部康普顿）模型的优劣，以及它们如何解释观测到的光变曲线。此外，对中等质量黑洞（IMBH）和极亮伽马射线暴（GRBs）的最新观测数据进行审视，评估它们在宇宙高能背景辐射中的贡献。脉冲星与中子星的“磁力工厂”：对脉冲星磁层物理进行深入探讨，特别是裂缝区域（gaps）中的电场结构如何产生高能电子-正电子对，并最终形成可观测的伽马射线。我们将分析脉冲星的演化路径及其在银河系内高能粒子输运中的角色。超新星遗迹（SNR）的宇宙线工厂：聚焦于“第一代”高能伽马射线源的确认过程。通过分析SNR外壳的X射线和伽马射线谱线，我们探究了宇宙线在银河系内被加速的“拐点”所在，并讨论了如何利用吸收谱来确定前置激波的密度环境。第二部分：探测技术的革命与挑战高能伽马射线穿透力极强，无法被地面望远镜直接观测，必须依赖于间接探测技术。本部分将详细介绍当前和未来几代探测器的设计原理、技术难点及其对科学发现的推动作用。第三章：地面切伦科夫望远镜技术（IACT）切伦科夫望远镜阵列（如H.E.S.S., MAGIC, CTA的前身系统）是当前伽马射线成像的主力军。我们将细致讲解切伦科夫光（Cherenkov Light）的产生机制、大气荧光探测与切伦科夫探测的区别。重点讨论如何通过精确测量瞬时光斑的形状、时间和强度来重建伽马射线事件的能量和来向。对视场（FoV）优化、数据处理流程（如背景源分离和点展积估计）中的先进算法进行技术解析。第四章：空间电磁与粒子探测器与地面技术互补的是空间平台，它们提供了一个无大气干扰的稳定观测环境。直接测量：详细介绍如费米（Fermi-LAT）和AMS-02等卫星载荷的工作原理。重点分析对高能电子/正电子的测量如何反过来约束了宇宙线源的特性。我们还将审视其对“局部宇宙线反常”的贡献和解释。高能视场与低能门槛：探讨如瑞士太空探索中心（SWGO）等新兴地面阵列的设计哲学，它们如何兼顾大视场、全天覆盖和较低的最小可探测能量，以期填补现有技术的空白。第五章：下一代大型阵列：平方公里阵列（CTA）的展望平方公里阵列（CTA）作为未来高能伽马射线天文学的旗舰项目，其设计和科学目标是本章的核心。我们将分析其多望远镜口径范围（从大口径望远镜LST到中小口径望远镜SST）如何实现能量分辨率和灵敏度的跨越式提升。重点讨论CTA在分辨喷流模型、探测暗物质间接信号以及揭示暗物质湮灭信号方面的潜力，并阐述其对多信使天文学的战略意义。第三部分：多信使天文学的融合高能伽马射线研究已不再是孤立的领域，它与引力波、中微子、射电等其他观测手段的结合，正在重塑我们对宇宙的认知。第六章：引力波与电磁波的协同观测双中子星并合（BNS）产生的千新星（Kilonova）事件，是引力波与电磁波协同探测的里程碑。我们将回顾GW170817事件的观测结果，分析伽马射线暴（GRB）的快速定位如何引导了后续的电磁波跟进观测。本章将深入探讨如何利用引力波信号的早期预警来优化伽马射线探测器的调度，并探讨对中子星-黑洞并合事件的潜在伽马射线信号的理论预测。第七章：中微子天文学的交叉验证高能中微子被认为是宇宙射线加速器最直接的证据。我们将分析IceCube等探测器对Blazar TXS 0506+056等事件的定位，及其与费米伽马射线亮化事件的对应关系。探讨中微子能量与伽马射线能量的谱带关系，以及如何利用两者来精确约束加速器的距离和环境密度，从而排除或确认特定的加速模型（如AGN喷流或SNR激波）。第八章：宇宙学背景与暗物质的探寻高能伽马射线也为我们打开了探索宇宙学尽头和基础物理的窗口。可见的宇宙学极限：通过分析极高能伽马射线（EeV）穿过宇宙微波背景（CMB）光子的相互作用（光子-光子对产生），我们可以测量宇宙早期星系和活动星系核发出的背景光。本章将讨论如何利用这种“吸收谱”来反推早期宇宙的结构形成历史，并探讨对“黑暗时代”的潜在探测。暗物质的间接签名：对银河系中心（GC）和矮星系团的伽马射线“过量”信号进行系统分析，评估它们是源自未被完全理解的普通天体物理源，还是暗物质粒子（如WIMPs）湮灭或衰变产生的特征信号。本章将侧重于分析对特定暗物质模型的排除或支持。本书旨在通过严谨的物理分析和对前沿观测的细致解读，激励新一代科学家利用这些强大的工具，继续拓展我们对宇宙能量极限的理解。