An Introduction to Nuclear Astrophysics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Univ of Chicago Pr

作者:Boyd, Richard N.

出品人:

页数:416

译者:

出版时间:2008-6

价格:$ 107.35

装帧:HRD

isbn号码:9780226069715

丛书系列:

图书标签:

• 核天体物理学
• 天体物理学
• 核物理学
• 恒星演化
• 核反应
• 元素合成
• 宇宙化学
• 天文学
• 物理学
• 核物理

《宇宙的火焰：恒星与元素的起源》 本书聚焦于现代天体物理学的前沿领域——恒星内部的核反应过程、元素的起源，以及它们如何塑造了我们所观测到的宇宙结构。 第一部分：恒星的诞生与生命周期 第一章：宇宙的原始成分与结构形成 本章将深入探讨宇宙大爆炸的遗留物——早期宇宙的物质组成。我们将追溯氢和氦如何在引力作用下聚集，形成第一代恒星（Population III恒星）的理论模型。重点讨论早期星系的形成动力学，以及这些原始恒星如何通过其剧烈的生命活动，开始“播撒”重元素。内容将涵盖冷暗物质和重子物质在早期结构形成中的相对作用，以及利用再电离时代观测数据对早期宇宙模型的检验。 第二章：主序星的内部结构与能量来源 恒星生命的绝大部分时间都在主序阶段度过，其核心的能量释放机制是理解恒星演化的基石。本章详细解析了恒星内部的热力学平衡方程（静力学平衡、热力学平衡）和能量传输机制（辐射、对流）。核心内容将集中在质子-质子链反应（p-p链）和碳氮氧循环（CNO循环）的详细物理和速率计算。通过对比不同质量恒星中这两种主要核反应路径的竞争关系，阐明恒星光度、寿命与初始质量之间的幂律关系。 第三章：红巨星分支的演化与氦闪 当主序星耗尽核心的氢燃料后，其结构将发生剧烈的变化。本章描述了氢壳燃烧如何引发外层膨胀，导致恒星进入红巨星分支（RGB）。对于低质量恒星（如太阳质量的恒星），本章将详述简并态氦核的形成，以及随后的“氦闪”现象——氦核中3α反应（将三个氦核聚变成一个碳核）的失控点火过程。我们将分析氦闪对恒星演化轨迹的长期影响，以及随后的红巨星分支（HB）阶段的结构特点。 第四章：大质量恒星的晚期燃烧阶段与“洋葱式”结构 与低质量恒星不同，大质量恒星拥有足够的热压力来避免简并态点火，从而可以持续点燃更重的燃料。本章详细描绘了这些恒星在耗尽核心氦之后，如何依次点燃碳、氖、氧，直至硅。我们将重点分析这些不同燃烧壳层之间的界面物理，以及这些阶段的核反应速率和能量输出的巨大差异，最终形成具有“洋葱式”核结构的超巨星。 第二部分：恒星的终结与元素的铸造厂 第五章：白矮星、中子星与黑洞 恒星的命运取决于其初始质量。本章分类讨论了不同质量恒星的残骸。对于低到中等质量恒星，我们将探讨白矮星的电子简并压力支撑机制，并计算钱德拉塞卡极限（Chandrasekhar Limit）的意义。随后，本章转向大质量恒星的引力坍缩，分析形成中子星的复杂过程，包括电子俘获和超新星爆发的初始条件。对于最高质量的恒星，我们将概述相对论性引力坍缩形成黑洞的基本判据。 第六章：Ⅰ型和Ⅱ型超新星的物理机制 超新星爆发是宇宙中重元素合成（核合成）的最主要场所之一。本章将详尽分析两类主要的超新星爆发机制。对于Ia型超新星，重点在于白矮星从伴星吸积物质导致其质量超过钱德拉塞卡极限后的热核失控爆炸，分析其作为“标准烛光”的意义。对于II型超新星（核心坍缩超新星），本章将深入研究核坍缩的细节，核心的“反弹”机制，以及驱动冲击波向外传播的数值模拟结果。 第七章：快中子捕获过程（r-过程）与重元素起源 宇宙中约半数的重元素（铁以上的元素）是通过极端的强中子流环境合成的，即r-过程。本章的核心目标是探讨这些重元素（如金、铂）的起源地。我们将详细讨论导致r-过程发生的两个主要候选事件：A) 超新星爆发中的快速膨胀壳层；B) 中子星并合（Kilonovae）。本章将结合对特定元素丰度比（例如镧系元素与金族元素）的观测分析，评估这两种机制对宇宙中金、铀等稀有元素的贡献比例。 第八章：慢中子捕获过程（s-过程）与轻重元素合成 与r-过程形成极重元素不同，s-过程是宇宙中相对温和的重元素合成途径，主要发生在渐近巨星分支（AGB）恒星内部。本章解释了s-过程如何通过热中子源（如$^{13} ext{C}(alpha, n)^{16} ext{O}$反应）缓慢地俘获中子，逐步将元素质量增加。本章将分析星风输运，即这些通过s-过程合成的元素如何从AGB恒星中释放，并被富集到后续世代的恒星之中。 第三部分：观测证据与未来展望 第九章：恒星化学演化与丰度分析 恒星的化学组成记录了它们形成时的宇宙环境信息。本章介绍如何通过光谱学分析恒星大气中的元素丰度。我们将讨论利用[Fe/H]等比值来对恒星进行金属丰度分类（如金属贫星、金属富星），并利用这些分类来追踪银河系和矮星系的历史形成过程。内容将包括同位素比值（如$ ext{Mg}/ ext{Fe}$）对不同核合成源的敏感性分析。 第十章：宇宙学背景下的核合成与新领域 本章将讨论恒星核合成与更宏大的宇宙学背景的交叉点。我们将探讨星际介质（ISM）的化学演化模型，以及化学富集如何驱动星系的形态演化。最后，本章展望当前核天体物理学面临的挑战，包括对中微子对核反应截面的影响、高能宇宙射线对轻元素（锂、铍、硼）的生成，以及对下一代引力波事件（如中子星并合）的精确观测如何彻底改变我们对r-过程源的理解。 结语： 本书旨在为读者提供一个从恒星诞生到元素扩散的全面视角，揭示我们自身和我们周围世界物质的终极来源。内容严谨，侧重于物理机制和量化模型，适合对天体物理学、核物理有深入兴趣的研究人员和高年级学生。

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