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出版者:World Scientific Publishing Company

作者:Nester, James M. (EDT)/ Chen, Chiang-Mei (EDT)/ Hsu, Jong-Ping (EDT)

出品人:

页数:421

译者:

出版时间:2006-12-15

价格:USD 145.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9789812569509

丛书系列:

图书标签:

引力
天体物理学
广义相对论
宇宙学
黑洞
恒星
星系
引力波
天体动力学
物理学

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具体描述

《恒星演化与宇宙结构：现代天体物理学前沿》本书导言：本书旨在为对宇宙的宏大尺度和微观机制都抱有浓厚兴趣的读者，提供一个全面、深入且与时俱进的现代天体物理学概览。我们将超越基础的轨道力学和经典的引力理论框架，深入探索恒星从诞生到消亡的复杂生命周期，以及它们如何共同构筑起我们所观测到的宇宙结构。本书的视角聚焦于高能物理过程、极端天体现象以及宇宙学的主要模型，力求在保持科学严谨性的同时，展现天体物理学的迷人魅力与不断发展的动态前沿。第一部分：恒星的生命史诗第一章：恒星的起源与前主序阶段恒星并非凭空出现，它们是星际介质（ISM）引力坍缩的产物。本章详细解析了分子云的物理特性——从其寒冷、稀疏的状态到触发引力失稳的临界条件（如珍斯不稳定性）。我们将讨论角动量如何通过磁场和湍流耗散，促使云核向中心收缩，并形成原恒星。重点分析了普朗克-里德伯格公式（P-R公式）在描述恒星形成早期阶段的热力学演化中的应用，以及特雷夫斯-克鲁斯霍夫（T-Tauri）阶段的特征——特别是其剧烈的恒星风和双极外流如何清除周围的气体包层。我们还将探讨低质量恒星（如太阳型）与大质量恒星（O、B型星）在初始坍缩过程中的不同路径和时间尺度。第二章：主序星的核聚变引擎主序星的漫长“稳定期”是其一生中最关键的阶段，其能源完全依赖核心的核聚变。本章详述了质子-质子链反应（p-p链）和碳氮氧（CNO）循环的物理机制、反应速率的温度敏感性，以及它们在不同质量恒星中的主导地位。我们将运用钱德隆星的结构方程组，分析恒星内部的能量传输机制——辐射、对流与中微子冷却的作用。此外，我们还将探讨恒星大气层对观测光谱的影响，如何通过赫罗图（H-R图）上的位置来推断恒星的年龄、质量和演化状态。第三章：红巨星分支与氦闪当核心的氢燃料耗尽，恒星结构将发生剧烈重组。本章聚焦于低质量恒星（质量低于约2.2倍太阳质量）向红巨星分支（RGB）的演化。解析了壳层燃烧的物理过程及其对外部包层的膨胀影响。对于质量接近太阳的恒星，本章重点讨论简并电子气对氦核点火的调控作用，详细阐述了氦闪（Helium Flash）的机制，以及随后恒星在水平分支（Horizontal Branch）上通过三阿尔法过程（3$alpha$过程）燃烧氦的阶段。第四章：大质量恒星的末日与超新星爆发大质量恒星的演化速度极快，其核心将依次燃烧更重的元素，直至形成铁核。本章系统梳理了从红超巨星到极端质量损失的全过程。核心的挑战在于铁核的形成——由于铁的核结合能最低，进一步聚变会吸热而非放热。我们将详细分析电子俘获导致的核心坍缩机制，以及随后产生的巨大反弹激波。本书将区分II型（核心坍缩）和Ia型（白矮星热核失控）超新星的物理起源，并探讨伽马射线暴（GRBs）与特大质量恒星死亡的联系。第二部分：极端天体与高能过程第五章：白矮星、中子星与脉冲星的物态物理恒星演化的终点决定了其遗骸的性质。本章深入探讨了电子简并压力支撑的白矮星的结构（钱德拉塞卡极限的意义）。随后，我们将进入更极端的领域：中子星。分析了费米子简并压力如何被核物质的强核力取代，以及中子星内部物质（如超流体和夸克物质）的可能形态。重点讨论脉冲星的物理机制，包括磁场结构的衰减、脉冲的产生机制（闸门模型）以及其作为宇宙精确时钟的应用。第六章：黑洞的几何与观测证据本章专门研究引力场的终极体现——黑洞。从史瓦西半径的定义出发，详细解析了爱因斯坦场方程在真空下的解。我们讨论了黑洞的三个基本参数（质量、角动量、电荷）以及著名的“无毛定理”。观测方面，本章侧重于黑洞的间接证据：吸积盘的X射线发射谱线（如铁线的展宽）、相对论性喷流的形成机制，以及对双星系统中隐形伴星的推断。第七章：吸积盘物理与相对论性喷流恒星残骸与周围物质的相互作用是高能天体物理学的核心。本章分析了粘滞性、辐射效率和磁场如何塑造薄盘或厚盘的结构。使用沙库拉伊-舒克拉伊（Shakura-Sunyaev）模型来描述吸积盘的温度梯度和辐射谱。此外，我们还将探讨如何通过磁场重联和科恩-米特拉效应，将吸积物质的能量转化为沿着自转轴高速运动的相对论性喷流，这是活动星系核（AGN）和微类星体（Microquasars）的主要特征。第三部分：宇宙学的广阔视野第八章：星系形成与演化本章将视角从单个恒星扩展到星系尺度。我们考察了星系的分类（哈勃序列）及其在宇宙网中的分布。深入讨论了星系形成的“自下而上”模型，即小尺度结构（如矮星系）如何通过并合（Merger）和冷却吸积不断增长。重点分析了星系团的动力学平衡、暗物质晕在星系引力势阱中的作用，以及星系中心超大质量黑洞与宿主星系共同演化的反馈机制。第九章：暗物质与暗能量的现代探测现代宇宙学建立在对未知成分的认知之上。本章详细评述了暗物质的候选粒子（如WIMPs）的理论基础，并总结了间接、直接探测实验的最新进展（如地下实验室的稀有事件搜索和对星系旋转曲线的精确测量）。随后，本章转向暗能量的谜团，解析了宇宙加速膨胀的观测证据（Ia型超新星的亮度下降），并比较了宇宙学常数（$Lambda$）模型与修正引力理论（f(R)引力）的优劣。第十章：早期宇宙与宇宙微波背景辐射本章追溯宇宙的开端。从大爆炸模型的标准图景出发，探讨了奇点问题以及暴胀理论的必要性。详细阐述了宇宙微波背景辐射（CMB）作为早期宇宙“快照”的物理意义。我们将分析CMB的各项异性——特别是其温度和极化图谱，如何编码了早期宇宙的物质密度涨落、物质-辐射密度比，并为我们提供了对宇宙几何形状的精确约束。最后，讨论了元素合成（BBN）对轻元素丰度的预测及其与观测数据的吻合程度。结语：未解之谜与未来展望本书在回顾既有成就的同时，也清晰指出了当前天体物理学前沿面临的挑战：例如，对中子星内部状态的完全理解、黑洞信息悖论的解决、暗物质的直接身份，以及如何将量子力学与广义相对论统一起来。未来的观测项目和理论探索，无疑将继续拓展人类对宇宙的认知边界。 --- 读者对象：物理学、天文学及相关工程领域的高年级本科生、研究生，以及对宇宙学和高能天体物理感兴趣的专业科研人员。本书特色：强调从基本物理原理出发推导宏观现象，整合了最新的数值模拟结果和天文观测数据，提供深入的理论分析而非停留在现象描述。