Energy Budget in the High Energy Universe pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Publishing Company

作者:Sato, Katsuhiko (EDT)

出品人:

页数:412

译者:

出版时间:2007-3-6

价格:USD 163.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9789812700100

丛书系列:

图书标签:

• 天体物理学
• 高能天体物理
• 能量预算
• 宇宙射线
• 伽马射线天文学
• X射线天文学
• 星系核
• 超新星遗迹
• 等离子体天体物理学
• 辐射机制

恒星的诞生与演化：宇宙尺度下的物质与能量转换 本书深入探讨了宇宙中恒星从形成到最终消亡的整个生命周期，聚焦于驱动这些宏伟天体演化的核心物理过程。这不是一本关于能量预算或高能宇宙现象的著作，而是对恒星内部结构、核聚变反应、辐射传输机制以及它们如何塑造星际介质的全面考察。 第一部分：原恒星的起源与前主序星阶段 恒星的生命始于分子云的引力坍缩。本部分详尽分析了分子云的湍流、磁场和化学成分如何共同决定了恒星形成的初始条件。我们首先考察了金斯不稳定性在触发大规模坍缩中的作用，并讨论了湍流在抵抗引力、维持云核稳定方面的复杂作用。 1.1 分子云动力学与初始扰动： 详细阐述了巨分子云的温度、密度分布，以及外部冲击波（如超新星爆发或螺旋臂穿过后）如何作为触发机制引发局部区域的失稳。重点分析了磁场在坍缩过程中的作用，特别是在角动量传输中的关键性。当坍缩开始后，云核内部压力与引力达到动态平衡的过程被细致描绘。 1.2 等温坍缩与核心形成： 坍缩初期，气体辐射效率高，温度保持相对恒定（等温坍缩）。本节解析了辐射如何从核心区域移除能量，维持坍缩的速度。随着密度增加，核心变得不透明，辐射被困住，温度开始急剧上升，标志着热核心的形成。我们引入了泡里奇（Froschle）不稳定的概念，它解释了在特定密度下核心的进一步不均匀坍缩。 1.3 前主序星阶段的吸积与外流： 核心形成后，周围的包层物质继续以吸积盘的形式落向中心原恒星。本书详细分析了吸积流的结构，包括激波的形成和能量释放。同时，双极外流（Bipolar Outflows）和喷流（Jets）是前主序星阶段的显著特征。这些外流被认为是清除角动量并允许物质持续落向中心的关键机制。通过磁场驱动的科塔-查夫里埃（Co-Trotter-Chavrier）模型，我们解释了喷流如何从原恒星-吸积盘系统中被加速和准直。 1.4 赫罗图上的运动： 这一阶段的恒星在赫罗图上遵循林-殷（Linn-Yin）轨迹演化。本书精确计算了不同质量恒星的收缩时间尺度，并解释了金斯-乌鲁奇（Kukarkin-Uracan）关系如何描述了这种引力收缩的效率。 第二部分：主序星的内部结构与核能的产生 恒星的稳定阶段——主序星——由核心的核聚变提供能量，达到流体静力平衡。本书侧重于理解能量如何被产生、传输，以及恒星内部结构的自洽性。 2.1 流体静力平衡与能量传输： 详细推导了描述恒星结构的四组基本微分方程：质量守恒（连续性方程）、力学平衡（静力学方程）、能量传输（辐射和对流）以及能量产生（核反应率）。我们对这四条方程的数值求解方法进行了深入探讨。 2.2 核聚变反应的物理学： 恒星能量的最终来源是核聚变。本书区分了低质量恒星（太阳型）和高质量恒星的聚变路径。 质子-质子链（pp-chain）： 详细分析了在太阳核心发生的反应截面、能级和反应速率，以及伽马射线的产生机制。 碳氮氧循环（CNO cycle）： 针对质量大于1.3倍太阳质量的恒星，解析了CNO循环作为主要能量来源的动力学，以及氮和氧作为催化剂的角色。 2.3 内部结构的分区： 恒星内部的能量传输方式决定了其结构。本书分析了辐射区和对流区的判据。 钱德拉塞卡-克雷默（Chandrasekhar-Kramer）不透明度公式被用于计算辐射区内的温度梯度。 拜恩（Byrne）判据被用来确定何处发生热不稳定性和对流的发生。对于低质量恒星，对流层延伸至表面；而对于大质量恒星，核心是辐射的，外层是对流的。 2.4 主序星的寿命与质量-光度关系： 通过分析核心核燃料的消耗率和总能量储量，推导出了质量-光度关系 ($L propto M^alpha$)，并解释了指数 $alpha$ 如何随恒星质量变化。这直接决定了不同质量恒星在主序阶段的寿命。 第三部分：主序后演化与衰亡的终局 一旦核心的氢燃料耗尽，恒星将脱离主序，其命运完全取决于其初始质量。 3.1 红巨星分支（RGB）的膨胀： 核心氢聚变停止后，惰性氦核开始收缩，温度升高，点燃了壳层氢聚变。这导致了恒星外层的大规模膨胀和冷却，使其移至红巨星分支。我们详细探讨了壳层燃烧的不稳定性，特别是热脉冲的产生机制。 3.2 氦闪与水平分支： 对于低质量恒星（低于2.2 $M_odot$），氦核的电子简并压力导致了氦闪，即失控的氦聚变启动。本书解释了电子简并特性如何使氦闪在不引起星体结构剧烈变化的情况下释放能量，最终使恒星进入水平分支，进行核心的三阿尔法过程（$3alpha$ 反应）。 3.3 渐近巨星分支（AGB）与星际物质的富集： 核心氦耗尽后，恒星进入AGB阶段，经历氦壳和氢壳的交替燃烧。这个阶段的特点是强烈的脉动和质量损失。我们分析了热脉动驱动的质量抛射如何形成富含碳和重元素的星际云，这是宇宙中重元素（除铁镍外）的主要来源之一。 3.4 最终归宿：白矮星、中子星与黑洞： 白矮星的形成与结构： 质量低于钱德拉塞卡极限（1.4 $M_odot$）的恒星，其残骸由电子简并压力支撑。书中分析了钱德拉塞卡极限的物理基础，以及白矮星的冷却过程——从蓝白到黑矮星的漫长旅程。 大质量恒星的灾难性终结： 对于初始质量远超太阳的恒星，核心将坍缩至铁元素（铁是最终的核聚变产物，能量不再释放）。本部分详细描述了核心坍缩如何引发光致蜕变和中微子爆发，最终导致II型超新星爆发。 中子星与黑洞的形成： 超新星爆发后留下的残骸，如果质量低于奥本海默-沃尔科夫（TOV）极限，将形成中子星，其结构由中子简并压力支撑。如果残骸质量超过TOV极限，坍缩将无法停止，形成时空奇点——黑洞。本书探讨了TOV极限的计算基础和中子星的方程状态（EoS）。 本书的核心目标是提供一个关于恒星物理的自洽、详尽的框架，从分子云的宏观尺度到核反应的微观尺度，全面解析恒星这一宇宙基本“工厂”的生命史。

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