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出版者:

作者:景凤宣 编

出品人:

页数:390

译者:

出版时间:2008-3

价格:37.00元

装帧:

isbn号码:9787121053504

丛书系列:

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探寻浩瀚星河：现代天体物理前沿 导言：仰望星空，叩问宇宙的终极奥秘 自古以来，人类对头顶那片无垠的星空充满了无尽的好奇与敬畏。从早期的星座观测到如今利用尖端技术观测遥远星系，天文学的发展历程，就是人类认知宇宙边界的奋斗史。然而，进入二十一世纪，天体物理学早已超越了简单的“看星星”，它融合了量子力学、相对论、核物理、等离子体物理乃至高能数学，成为了一门探索宇宙起源、演化、结构以及其中极端物理过程的前沿交叉学科。 本书《探寻浩瀚星河：现代天体物理前沿》并非旨在为初学者提供基础的行星轨道或恒星光谱入门知识，而是为那些已经对经典天体物理框架有一定了解的进阶读者和研究人员，提供一个深入了解当前研究热点、未解之谜以及最新观测突破的窗口。我们将聚焦于那些尚未被经典理论完全解释的现象，以及那些正在颠覆我们传统宇宙观的最新发现。 第一章：暗物质与暗能量的幽灵——宇宙的95%之谜 宇宙的构成是现代天体物理中最令人困惑的问题之一。我们所能直接观测到的普通物质（原子、电子、质子等），仅占宇宙总质能的不到5%。剩下的绝大部分，被神秘的暗物质和暗能量所占据。 本章将首先梳理对暗物质存在的动力学证据，包括星系旋转曲线的异常、星系团的引力透镜效应，以及宇宙微波背景辐射（CMB）中的各项异性。我们将详细探讨目前主流的暗物质候选粒子模型，例如弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的理论预测及其在地下探测实验（如氙系列探测器）中搜寻的最新进展与瓶颈。同时，我们也将审视替代性的引力修正理论（如MOND），并分析它们在解释观测现象上的局限性。 紧接着，我们将深入研究暗能量——驱动宇宙加速膨胀的斥力。本章会详细解析宇宙学标准模型 ($Lambda$CDM) 中暗能量的参数化形式（如状态方程 $w$），并重点分析来自斯隆数字巡天（SDSS）、暗能量巡天（DES）以及即将到来的薇拉·鲁宾天文台（LSST）的最新大尺度结构观测数据，如何持续收紧对 $w$ 值的约束。对“精细调节问题”的探讨，将引导我们思考暗能量的本质是否可能需要超越爱因斯坦引力理论的新物理框架。 第二章：极端环境下的物理学——黑洞、中子星与引力波 宇宙中存在着一些物质密度和时空曲率达到极致的区域，它们是检验广义相对论极限的天然实验室。 本章的核心聚焦于黑洞物理。我们将不再仅仅停留在事件视界的概念，而是深入探讨围绕超大质量黑洞（SMBH）的吸积盘物理，特别是相对论性喷流（Relativistic Jets）的形成机制和能量输出过程。最新的电磁观测（如事件视界望远镜 EHT 提供的M87和Sgr A的阴影图像）如何与数值相对论模拟的结果相印证，将被细致分析。 中子星，作为宇宙中最致密的稳定天体，其内部状态是核物理学的前沿挑战。本章将探讨“夸克星”或“超导中子星”的理论可能性，以及毫秒脉冲星作为高精度宇宙时钟在验证广义相对论框架下的应用。 引力波天文学的兴起是本世纪最伟大的突破之一。我们将详细剖析LIGO/Virgo/KAGRA探测器捕捉到的并合事件（如GW170817及其电磁对应体），从中提取出对潮汐效应、物质方程状态以及恒星演化路径的全新约束。此外，对超大质量黑洞合并（SMBHBs）产生的低频引力波信号的搜寻（如通过脉冲星定时阵列PPTA），也将是本章的重点内容。 第三章：恒星的诞生与死亡的终极命运 恒星的生命周期是理解星系化学演化的基础。本章将超越主序星阶段，聚焦于恒星生命末期和超新星爆发的复杂物理过程。 我们将探讨核合成的极限。对于大质量恒星，其核心如何通过氦闪、碳燃烧直至硅燃烧，最终形成铁核。随后的核心坍缩如何触发II型超新星的爆发？特别是对中微子驱动机制的最新数值模拟结果将进行深入剖析，解释为何仅仅1%的能量以电磁波形式释放，而99%的能量却以中微子爆发的形式带走。 此外，对Ia型超新星——宇宙距离尺度的关键标尺——的物理机制进行辩论，包括“单简并”与“双简并”模型的观测证据对比，及其对哈勃常数测量的持续影响。 第四章：星系形成与宇宙网的演化 星系并非孤立存在，它们组织成巨大的纤维状结构——宇宙网。理解星系如何在暗物质晕中“生长”并相互作用，是检验宇宙学模型的关键。 本章将侧重于星系演化的反馈机制。恒星形成释放出的能量（恒星风、超新星爆炸）如何通过星系风（Galactic Winds）将重元素和气体驱逐出星系盘，从而“关闭”恒星形成，是一个重要的研究课题。我们也将考察活跃星系核（AGN）反馈在调节SMBH与其宿主星系共同演化中的作用。 观测方面，本章将重点介绍新一代望远镜（如詹姆斯·韦伯空间望远镜 JWST）在早期宇宙（红移 $z > 10$）发现的、比预期更早、更亮、更成熟的星系，这迫使我们重新审视早期的暗物质晕坍缩模型和恒星形成效率。对原星系团结构的研究，如何揭示星系聚集的初始条件，也将被详尽阐述。 第五章：系外行星与宜居性探索的最新浪潮 对太阳系外行星（系外行星）的研究正从“发现数量”转向“特征描述”。 本章将关注高精度光谱学在系外行星大气研究中的应用。如何利用凌日光谱（Transit Spectroscopy）和直接成像技术，探测遥远行星大气中的生物标记物（如氧气、甲烷）和非生物标记物（如水蒸气、二氧化碳）。重点分析对“超级地球”和“迷你海王星”这类太阳系中不存在的行星类型的物理模型构建。 最后，本章将探讨宜居带的拓宽及其对“宜居性”概念的重新定义。例如，对受到恒星耀斑影响的行星、围绕红矮星运行的行星，以及可能存在地下海洋的冰冻卫星（如木卫二、土卫二）内部热源的研究，展示了天体生物学与天体物理的深度融合。 结语：展望下一个十年 现代天体物理正处于一个黄金时代，多信使天文学（引力波、电磁波、中微子）的融合为我们提供了前所未有的宇宙视图。本书旨在激励读者超越已知的知识边界，去迎接那些尚未解决的挑战，并参与到下一轮对宇宙本质的伟大探索中去。

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