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出版者:

作者:Kailey, Matt 编

出品人:

页数:167

译者:

出版时间:

价格:$ 19.21

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isbn号码:9781555663988

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《失落的星图：伽马射线暴的秘密与宇宙的黎明》 第一章：寂静的宇宙与耳语的信使 在人类观测的夜空中，恒星的光芒以其亘古不变的节奏闪烁着，它们是宇宙的稳定基石。然而，隐藏在这些熟悉的景象背后，存在着宇宙中最剧烈、最神秘的爆炸——伽马射线暴（Gamma-Ray Bursts, GRBs）。本书的开篇，我们将潜入黑暗的深处，探讨我们如何从一个世纪前几乎无法察觉的微弱信号，捕捉到这些跨越数十亿光年而来的宇宙信使。 我们首先要理解伽马射线本身。它们是电磁波谱中能量最高的辐射形式，其产生需要难以想象的极端物理条件。早期的探测尝试充满了挫折与误解，直到冷战末期军用卫星意外捕捉到它们，才为天文学揭开了一个全新的窗口。 我们将详细介绍早期的观测设备，如韦尔·科布卫星（Vela Satellites），它们原本是为了监测核试验而发射，却无意中成为了宇宙中最强爆发的“守门人”。我们探讨了GRBs的“瞬态”特性——它们可能只持续几毫秒，也可能持续数小时，这种多样性最初让科学家们感到困惑，并催生了关于它们起源的激烈争论。GRBs究竟是来自我们银河系内的中子星碰撞，还是来自遥远星系中超新星爆发的余晖？ 第二章：双星的绝唱与恒星级黑洞的诞生 随着观测技术的进步，特别是“莱特”（BeppoSAX）和后来的“斯威夫特”（Swift）卫星的部署，天文学家终于能够迅速定位GRBs的后随X射线、光学和射电辐射，从而将其与宿主星系联系起来。这一突破性的能力，将GRBs从宇宙中的瞬时闪光，转变为可以进行详细光谱分析的天体物理实验室。 本书的核心部分将聚焦于“长时程伽马射线暴”（Long GRBs，持续时间超过2秒）的机制。目前的主流理论指向大质量恒星的终极命运——“超新星”爆发，但不是普通的II型超新星，而是“超新星”与黑洞形成过程的复合体。 我们深入探讨了“希铁-吸积模型”（Collapsar Model）。想象一颗质量巨大、自转极快的恒星耗尽了其核心燃料。引力无法再被内部压力抵抗，核心塌缩成一个黑洞。在塌缩的过程中，外层物质没有完全落入黑洞，而是被强大的磁场和角动量沿着黑洞的自转轴向外喷射，形成了相对论性的喷流。这些喷流以接近光速的速度冲出恒星外壳，并与周围的星际介质相互作用，产生了我们观测到的剧烈伽马射线闪光。 本章将详细分析这些喷流的结构、能量的重新连接机制，以及为何我们需要如此庞大的能量（通常是$10^{52}$到$10^{54}$尔格）才能产生我们所见的爆发。我们会对比不同类型的超新星遗迹与GRBs的关联性，特别是那些伴随着Ia型或Ib/Ic型超新星的爆发。 第三章：中子星的共舞与时空的交响 并非所有的伽马射线暴都遵循大质量恒星的剧本。短时程伽马射线暴（Short GRBs，持续时间短于2秒）的起源，指向了宇宙中密度最大的物体之一：中子星。 短GRBs的观测证据强烈指向了两个超密天体——两颗中子星或一颗中子星与一颗黑洞——的合并事件。这种合并是时空结构本身最剧烈的扰动之一，它们不仅会产生强烈的伽马射线，更重要的是，它们是引力波的宏伟来源。 我们回顾了“LIGO/Virgo”探测器首次直接探测到双中子星并合（GW170817）的里程碑事件。这次事件的革命性在于，它首次实现了“多信使天文学”的完全闭环：我们同时接收到了引力波信号、伽马射线爆发（GRB 170817A）、千新星（Kilonova）爆发的电磁辐射，以及随后的射电信号。 本章将深入探讨千新星现象，解释这些合并如何成为宇宙中大部分重元素（如金、铂、稀土元素）的炼金炉。在极端的中子星物质中，通过快速的“r-过程”（Rapid Neutron Capture Process），原子核可以迅速捕获大量的自由中子，从而形成比铁更重的元素。我们将追溯这些贵金属从宇宙的爆炸点，到最终形成戒指或电路板上的微小痕迹的史诗旅程。 第四章：宇宙演化的探针——追溯红移之巅 伽马射线暴是目前已知在宇宙中最亮、最活跃的现象之一。这种极端的亮度使得它们成为探测极早期宇宙的理想探针。本书的这一部分，我们将把目光投向极高的红移值（$z>6$甚至$z>10$）。 当GRB的光线穿过数十亿光年的星际和星系际介质时，介质中的氢、氦以及被电离的原子会吸收特定的伽马射线能量，留下独特的光谱“指纹”。通过分析这些吸收线，科学家们能够“测量”爆炸发生时，宇宙中物质的电离状态、金属丰度，甚至宇宙早期的暗物质分布情况。 我们讨论了“宇宙再电离时期”的挑战。在宇宙大爆炸后，宇宙主要由中性氢组成，直到第一批恒星和星系形成，它们的辐射才将宇宙重新电离。长GRBs因其高能量和在不同星系中的出现频率，为我们提供了宝贵的约束条件，帮助我们描绘出这片“宇宙黑暗时代”的结束图景。 第五章：未解之谜与未来的展望 尽管我们取得了巨大的飞跃，伽马射线暴的研究仍充满悬而未决的问题。本书的结尾将展望未来十年的前沿课题。 首先是关于“软GRBs”和“极亮GRBs”的起源。有些爆发的能量似乎超出了标准模型所能解释的范围，这是否暗示着我们对黑洞物理或喷流加速机制的理解尚有不足？其次，我们如何更有效地利用新一代空间望远镜（如詹姆斯·韦伯太空望远镜）来观测更高红移的GRBs？ 最后，我们将探讨GRBs与生命存续的关系。在地球生命的早期历史中，近距离的GRB爆发是否可能剥离了地球的臭氧层，引发了大规模灭绝事件？我们现在处于怎样的风险之下？通过对这些极端现象的研究，我们不仅了解了宇宙中最暴力的时刻，也深化了对自身家园——太阳系——在浩瀚星海中脆弱性的认识。 《失落的星图》带领读者完成了一次跨越时空、从微观粒子到宏观宇宙结构的史诗之旅，旨在揭示宇宙中最狂暴的能量释放如何塑造了我们所见的万千星辰与元素。

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