Clusters of Galaxies

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出版者:
作者:Kaastra, Jelle 编
出品人:
页数:422
译者:
出版时间:2008-7
价格:$ 236.17
装帧:
isbn号码:9780387788746
丛书系列:
图书标签:
  • 天文
  • 天文学
  • 星系团
  • 宇宙学
  • 引力
  • 星系演化
  • 观测天文学
  • 天体物理学
  • 结构形成
  • 暗物质
  • X射线天文学
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具体描述

This book presents a review on the physics of clusters of galaxies beyond the standard thermal view. The book first gives a general introduction to clusters of galaxies. It discusses the properties of the hot, virialised gas in these clusters. But the main focus is on what is beyond this thermal gas: the surrounding warm-hot intergalactic medium, non-thermal emission components and the chemical enrichment of the clusters and their environments. What is the evolution of the hot gas in clusters and the surrounding cosmic web? How does it reach equilibrium? What is the role of magnetic fields and shocks? Has the WHIM been detetected? Are there non-thermal components in clusters? How does the metallicity evolve? These questions and many others are addressed from three different points of view: observations, theory of the physical processes and numerical simulations. The book is written as a tutorial review. It is meant as an introduction for professionals and students wishing to work in this field. This means that no attempt is made to give a complete overview of all the work that has been done in this field, but to focus upon what needs to be known to be able to work in this field, and to explain to the reader basic processes, techniques and observations that experts often assume to be common knowledge.

群星的舞蹈:宇宙结构形成与演化的前沿探索 作者: 艾伦·哈特维克 出版社: 银河系科学文献出版社 出版年份: 2024 页数: 850页 --- 内容简介 《群星的舞蹈:宇宙结构形成与演化的前沿探索》是一部深入剖析宇宙大尺度结构形成机制的里程碑式著作。本书全面梳理了自宇宙微扰起源到今日星系团和超星系团形成的完整物理图景,重点聚焦于暗物质在结构塑造中的核心作用、早期宇宙的物理过程,以及不同尺度结构之间的相互作用与演化动力学。 本书摒弃了对已建立理论的简单罗列,转而采用一种侧重于机制解析和计算模拟的叙事结构,旨在为读者提供一套坚实的理论框架和现代研究的最新视角。全书分为五大部分,逻辑严谨,层层递进,充分体现了当前天体物理学和宇宙学研究的前沿深度。 第一部分:宇宙学基石与微扰的起源(约200页) 本部分为理解后续结构形成奠定了坚实的理论基础。首先,作者细致回顾了标准宇宙学模型($Lambda$CDM)的核心要素,特别是对暗能量的性质及其对宇宙膨胀历史的影响进行了深入探讨。 核心章节集中于原初涨落的物理学。这部分详细解析了暴胀理论如何解释了宇宙微波背景(CMB)中观测到的近乎平坦且符合高斯分布的密度扰动。作者引入了量子场论在早期宇宙中的应用,阐述了引力不稳定性和声波在物质-辐射流体中传播的线性微扰方程组。特别值得一提的是,本书对CMB的功率谱进行了详尽的理论推导,并将其与未来观测(如欧几里得轨道望远镜的预期数据)进行了对比分析,强调了早期宇宙初始条件对后续结构形成路径的决定性影响。 本部分强调了引力不稳定性的增长,区分了重子物质、暗物质和中微子在不同宇宙学纪元中对扰动增长率的影响差异。通过对物质-辐射主导时代和暗物质主导时代的明确划分,读者可以清晰地认识到暗物质如何逐渐主导了结构生长的“骨架”。 第二部分:暗物质的统治与晕的形成(约250页) 这是全书最核心的部分之一,专注于暗物质在星系和星系团形成中的基础性角色。作者深入探讨了暗物质晕的结构和形成历史。 内容首先聚焦于线性与非线性引力坍缩的数值模拟。本书详细介绍了N体模拟(N-body simulations)的建立基础,包括不同的初始条件设置、粒子权重分配以及数值误差的控制。作者并未满足于展示模拟结果,而是深入剖析了关键的物理量,如晕的质量函数(Halo Mass Function, HMF)和密度剖面(如NFW剖面)的理论起源,并讨论了诸如“冷却崩溃”(Cooling Flow)和“两次潮汐瓦解”(Two-body Relaxation)等机制如何塑造了晕的内部动力学。 一个显著的特点是,本书对“子结构”问题(Substructure Problem)的讨论极为深入。作者详细分析了“半解析模型”(Semi-Analytic Models, SAMs)和全数值模拟在预测暗物质子结构丰度和分布上的优势与局限性。通过引入“自由度”和“局部引力势能”的概念,本书解释了为什么大尺度模拟中预测的小质量晕在观测上难以完全对应,引导读者思考暗物质模型的修正方向。 此外,本部分还专门开辟章节讨论了不同暗物质模型的结构形成差异,例如对温热暗物质(WDM)和自相互作用暗物质(SIDM)的模拟结果进行了严格对比,展示了这些修正如何影响了最小尺度的结构(如矮星系或暗物质亚晕)的演化。 第三部分:重子物理的介入与星系的诞生(约200页) 在暗物质骨架搭建完成后,本部分探讨了普通物质(重子)如何落入这些势阱并最终形成我们所见的恒星系统。 重点聚焦于星系形成中的反馈机制。作者细致阐述了恒星形成过程中的恒星反馈(如超新星爆发、星风)如何通过注入动量和加热气体,有效抑制了低质量暗物质晕内部的恒星形成效率。这部分内容与高分辨率流体力学模拟(Hydrodynamical Simulations)紧密结合,展示了气体冷却、盘面形成和恒星形成率(SFR)之间的非线性关系。 此外,活动星系核(AGN)反馈被视为星系演化的关键调控器。本书详尽分析了两种主要的AGN反馈模式——“温和模式”(Quasar Mode)和“喷流模式”(Radio Jet Mode)——如何对星系团中心的大质量星系施加影响,导致了“红移死亡”(Red Sequence Quenching)的现象,从而解释了椭圆星系的大规模形成。 第四部分:星系团的集结与环境效应(约150页) 本部分将视野扩展到宇宙中的最大、最引人注目的结构——星系团。 作者从阶层式增长的角度出发,解释了星系团如何通过持续的物质吸积和多次并合事件形成。详细介绍了准星系团(Protoclusters)的识别方法和早期特征。 关于星系团的动力学,本书深入探讨了星系团内部的物理过程,包括: 1. 星系潮汐剥离(Tidal Stripping):对轨道星系动力学的改变。 2. 星系落入(Ram Pressure Stripping, RPS):热星系际介质(ICM)如何快速清除星系的气体。 3. 星系合并与动力学摩擦:对星系团核心分布的影响。 本部分强调了环境对星系演化的决定性影响,通过对比场星系(Field Galaxies)和星系团内星系的性质差异,突显了星系团作为宇宙演化极端实验室的价值。 第五部分:观测前沿与未来挑战(约50页) 最后一部分展望了当前和未来的观测技术,以及尚未解决的理论难题。作者讨论了利用引力透镜效应(包括弱引力透镜和强引力透镜)来映射暗物质分布和测量结构生长率的最新技术进展。 本书以对宇宙学常数$Lambda$的精确测量,以及对“结构形成危机”(例如“卫星星系过剩问题”和“早熟大质量星系问题”)的解决路径的讨论作为收尾,激励研究人员继续探索超越标准$Lambda$CDM模型的可能性。 --- 目标读者: 本书适合已具备扎实经典力学、电动力学和基础统计物理学背景的本科高年级学生、研究生、以及从事天体物理学和宇宙学研究的科研人员。其深度和广度使其成为该领域必备的参考工具书。

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