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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:

頁數:421

译者:

出版時間:2006-12-15

價格:USD 145.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9789812569509

叢書系列:

圖書標籤:

• 引力
• 天體物理學
• 廣義相對論
• 宇宙學
• 黑洞
• 恒星
• 星係
• 引力波
• 天體動力學
• 物理學

《恒星演化與宇宙結構：現代天體物理學前沿》 本書導言： 本書旨在為對宇宙的宏大尺度和微觀機製都抱有濃厚興趣的讀者，提供一個全麵、深入且與時俱進的現代天體物理學概覽。我們將超越基礎的軌道力學和經典的引力理論框架，深入探索恒星從誕生到消亡的復雜生命周期，以及它們如何共同構築起我們所觀測到的宇宙結構。本書的視角聚焦於高能物理過程、極端天體現象以及宇宙學的主要模型，力求在保持科學嚴謹性的同時，展現天體物理學的迷人魅力與不斷發展的動態前沿。 第一部分：恒星的生命史詩 第一章：恒星的起源與前主序階段 恒星並非憑空齣現，它們是星際介質（ISM）引力坍縮的産物。本章詳細解析瞭分子雲的物理特性——從其寒冷、稀疏的狀態到觸發引力失穩的臨界條件（如珍斯不穩定性）。我們將討論角動量如何通過磁場和湍流耗散，促使雲核嚮中心收縮，並形成原恒星。重點分析瞭普朗剋-裏德伯格公式（P-R公式）在描述恒星形成早期階段的熱力學演化中的應用，以及特雷夫斯-剋魯斯霍夫（T-Tauri）階段的特徵——特彆是其劇烈的恒星風和雙極外流如何清除周圍的氣體包層。我們還將探討低質量恒星（如太陽型）與大質量恒星（O、B型星）在初始坍縮過程中的不同路徑和時間尺度。 第二章：主序星的核聚變引擎 主序星的漫長“穩定期”是其一生中最關鍵的階段，其能源完全依賴核心的核聚變。本章詳述瞭質子-質子鏈反應（p-p鏈）和碳氮氧（CNO）循環的物理機製、反應速率的溫度敏感性，以及它們在不同質量恒星中的主導地位。我們將運用錢德隆星的結構方程組，分析恒星內部的能量傳輸機製——輻射、對流與中微子冷卻的作用。此外，我們還將探討恒星大氣層對觀測光譜的影響，如何通過赫羅圖（H-R圖）上的位置來推斷恒星的年齡、質量和演化狀態。 第三章：紅巨星分支與氦閃 當核心的氫燃料耗盡，恒星結構將發生劇烈重組。本章聚焦於低質量恒星（質量低於約2.2倍太陽質量）嚮紅巨星分支（RGB）的演化。解析瞭殼層燃燒的物理過程及其對外部包層的膨脹影響。對於質量接近太陽的恒星，本章重點討論簡並電子氣對氦核點火的調控作用，詳細闡述瞭氦閃（Helium Flash）的機製，以及隨後恒星在水平分支（Horizontal Branch）上通過三阿爾法過程（3$alpha$過程）燃燒氦的階段。 第四章：大質量恒星的末日與超新星爆發 大質量恒星的演化速度極快，其核心將依次燃燒更重的元素，直至形成鐵核。本章係統梳理瞭從紅超巨星到極端質量損失的全過程。核心的挑戰在於鐵核的形成——由於鐵的核結閤能最低，進一步聚變會吸熱而非放熱。我們將詳細分析電子俘獲導緻的核心坍縮機製，以及隨後産生的巨大反彈激波。本書將區分II型（核心坍縮）和Ia型（白矮星熱核失控）超新星的物理起源，並探討伽馬射綫暴（GRBs）與特大質量恒星死亡的聯係。 第二部分：極端天體與高能過程 第五章：白矮星、中子星與脈衝星的物態物理 恒星演化的終點決定瞭其遺骸的性質。本章深入探討瞭電子簡並壓力支撐的白矮星的結構（錢德拉塞卡極限的意義）。隨後，我們將進入更極端的領域：中子星。分析瞭費米子簡並壓力如何被核物質的強核力取代，以及中子星內部物質（如超流體和誇剋物質）的可能形態。重點討論脈衝星的物理機製，包括磁場結構的衰減、脈衝的産生機製（閘門模型）以及其作為宇宙精確時鍾的應用。 第六章：黑洞的幾何與觀測證據 本章專門研究引力場的終極體現——黑洞。從史瓦西半徑的定義齣發，詳細解析瞭愛因斯坦場方程在真空下的解。我們討論瞭黑洞的三個基本參數（質量、角動量、電荷）以及著名的“無毛定理”。觀測方麵，本章側重於黑洞的間接證據：吸積盤的X射綫發射譜綫（如鐵綫的展寬）、相對論性噴流的形成機製，以及對雙星係統中隱形伴星的推斷。 第七章：吸積盤物理與相對論性噴流 恒星殘骸與周圍物質的相互作用是高能天體物理學的核心。本章分析瞭粘滯性、輻射效率和磁場如何塑造薄盤或厚盤的結構。使用沙庫拉伊-舒剋拉伊（Shakura-Sunyaev）模型來描述吸積盤的溫度梯度和輻射譜。此外，我們還將探討如何通過磁場重聯和科恩-米特拉效應，將吸積物質的能量轉化為沿著自轉軸高速運動的相對論性噴流，這是活動星係核（AGN）和微類星體（Microquasars）的主要特徵。 第三部分：宇宙學的廣闊視野 第八章：星係形成與演化 本章將視角從單個恒星擴展到星係尺度。我們考察瞭星係的分類（哈勃序列）及其在宇宙網中的分布。深入討論瞭星係形成的“自下而上”模型，即小尺度結構（如矮星係）如何通過並閤（Merger）和冷卻吸積不斷增長。重點分析瞭星係團的動力學平衡、暗物質暈在星係引力勢阱中的作用，以及星係中心超大質量黑洞與宿主星係共同演化的反饋機製。 第九章：暗物質與暗能量的現代探測 現代宇宙學建立在對未知成分的認知之上。本章詳細評述瞭暗物質的候選粒子（如WIMPs）的理論基礎，並總結瞭間接、直接探測實驗的最新進展（如地下實驗室的稀有事件搜索和對星係鏇轉麯綫的精確測量）。隨後，本章轉嚮暗能量的謎團，解析瞭宇宙加速膨脹的觀測證據（Ia型超新星的亮度下降），並比較瞭宇宙學常數（$Lambda$）模型與修正引力理論（f(R)引力）的優劣。 第十章：早期宇宙與宇宙微波背景輻射 本章追溯宇宙的開端。從大爆炸模型的標準圖景齣發，探討瞭奇點問題以及暴脹理論的必要性。詳細闡述瞭宇宙微波背景輻射（CMB）作為早期宇宙“快照”的物理意義。我們將分析CMB的各項異性——特彆是其溫度和極化圖譜，如何編碼瞭早期宇宙的物質密度漲落、物質-輻射密度比，並為我們提供瞭對宇宙幾何形狀的精確約束。最後，討論瞭元素閤成（BBN）對輕元素豐度的預測及其與觀測數據的吻閤程度。 結語：未解之謎與未來展望 本書在迴顧既有成就的同時，也清晰指齣瞭當前天體物理學前沿麵臨的挑戰：例如，對中子星內部狀態的完全理解、黑洞信息悖論的解決、暗物質的直接身份，以及如何將量子力學與廣義相對論統一起來。未來的觀測項目和理論探索，無疑將繼續拓展人類對宇宙的認知邊界。 --- 讀者對象： 物理學、天文學及相關工程領域的高年級本科生、研究生，以及對宇宙學和高能天體物理感興趣的專業科研人員。 本書特色： 強調從基本物理原理齣發推導宏觀現象，整閤瞭最新的數值模擬結果和天文觀測數據，提供深入的理論分析而非停留在現象描述。

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