Supernovae and Nucleosynthesis pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Princeton Univ Pr

作者:Arnett, David

出品人:

页数:622

译者:

出版时间:1996-3

价格:$ 88.71

装帧:Pap

isbn号码:9780691011479

丛书系列:

图书标签:

科学
Supernovae
Nucleosynthesis
Astrophysics
Nuclear Physics
Stellar Evolution
Cosmochemistry
Heavy Elements
Neutron Stars
Black Holes
Gamma-Ray Bursts

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具体描述

This book investigates the question of how matter has evolved since its origin in the Big Bang, from the cosmological synthesis of hydrogen and helium to the generation of the complex set of nuclei that comprise our world and our selves. A central theme is the evolution of gravitationally contained thermonuclear reactors, otherwise known as stars. Our current understanding is presented systematically and quantitatively, by combining simple analytic models with new state-of-the-art computer simulations. The narrative begins with the clues (primarily the solar system abundance pattern), the constraining physics (primarily nuclear and particle physics), and the thermonuclear burning in the Big Bang itself. It continues with a step-by-step description of how stars evolve by nuclear reactions, a critical investigation of supernova explosion mechanisms and the formation of neutron stars and of black holes, and an analysis of how such explosions appear to astronomers (illustrated by comparison with recent observations). It concludes with a synthesis of these ideas for galactic evolution, with implications for nucleosynthesis in the first generation of stars and for the solar system abundance pattern. Emphasis is given to questions that remain open, and to active research areas that bridge the disciplines of astronomy, cosmochemistry, physics, and planetary and space science. Extensive references are given.

宇宙的结构与演化：从星系到基本粒子本书旨在为读者提供一个全面且深入的宇宙学导论，内容涵盖从我们所处的宇宙大尺度结构，到构成物质的最小单元——基本粒子的物理学原理。本书的视角侧重于现代天体物理学与粒子物理学的交汇点，探讨宇宙的起源、演化历程，以及驱动这些过程的物理定律。第一部分：宇宙的结构与观测基础本部分首先确立现代宇宙学的观测基石。我们将从地球出发，逐步扩展视野，介绍人类是如何理解宇宙的尺度和组成的。第一章：天体测距的阶梯成功的宇宙学观测依赖于精确的距离测量。本章详细阐述了“宇宙距离阶梯”的各个层级。从近距离的三角视差法，到中距离的造父变星（Cepheids）作为标准烛光，再到远距离的Ia型超新星（注：此处并非讨论超新星的形成或核合成过程本身，而是将其作为工具用于测距）的应用。我们将深入探讨每种方法的物理前提、局限性以及如何校准彼此之间的关系。此外，还会介绍新的测距技术，如引力波事件的电磁对应体（如果适用）在宇宙学距离标定中的潜力。第二章：星系与大尺度结构当我们能够确定距离后，便可以绘制宇宙的真实三维结构。本章聚焦于星系的分类、形成和演化。从螺旋星系到椭圆星系，从矮星系到巨型星系团，我们将探讨星系的哈勃序列及其动力学特征。随后，视角将扩展到更宏大的尺度：星系团、超星系团以及纤维状结构（Filaments）和空洞（Voids）构成的“宇宙网”。我们将介绍星系团的质量估算方法，包括X射线发射和引力透镜效应，为后续讨论暗物质的证据做铺垫。第三章：宇宙微波背景辐射（CMB） CMB是宇宙大爆炸模型的关键证据。本章将详细介绍CMB的物理起源——从早期宇宙的复合时期（Recombination Epoch）。重点分析CMB的全黑体谱特性以及其微小的温度涨落（各向异性）。我们将深入探讨卫星任务（如COBE、WMAP和Planck）提供的关键数据，特别是功率谱分析。这些分析揭示了早期宇宙的密度波动、声学峰值（Acoustic Peaks），这些信息直接约束了宇宙的几何形状、物质密度和早期扰动的性质。第二章部分总结：观测天文学为我们提供了宇宙的“快照”和演化时间线，但要理解这些现象背后的驱动力，我们需要理论物理的工具。第二部分：现代宇宙学理论框架本部分将引入描述宇宙整体演化的核心理论——广义相对论和标准宇宙学模型（Lambda-CDM）。第四章：爱因斯坦的引力与弗里德曼方程我们将从爱因斯坦的场方程出发，介绍广义相对论如何描述时空与物质能量的相互作用。接着，我们将介绍在均匀、各向同性宇宙假设下，将场方程简化为弗里德曼方程组。本章将详细推导并分析这些方程，解释宇宙膨胀率（哈勃参数）如何依赖于宇宙中不同类型能量密度的演化。第五章：暗物质的证据与性质暗物质是理解宇宙动力学不可或缺的一部分。本章系统梳理了支持暗物质存在的多个独立观测证据，包括星系旋转曲线、星系团的维里里定理、引力透镜效应（特别是强透镜和弱透镜）的测量，以及CMB涨落的幅度。我们将讨论主流的候选粒子模型，如冷暗物质（CDM）的特性，并探讨当前实验正在如何努力直接或间接探测这些物质。第六章：暗能量与加速膨胀观测表明，宇宙的膨胀正在加速，这是由一种神秘的“暗能量”驱动的。本章将分析用于探测加速膨胀的关键指标——Ia型超新星的时间延迟和红移关系。我们将探讨暗能量的两种主要理论描述：宇宙学常数（Lambda）和更动态的场模型（如精质 Quintessence）。通过分析当前的物质-能量密度参数（Omega_m, Omega_Lambda），构建出我们目前最可靠的标准宇宙学模型——Lambda-CDM。第七章：暴胀理论与早期宇宙为了解决大爆炸模型的视界问题、平坦性问题和磁单极子问题，我们引入暴胀（Inflation）理论。本章将描述暴胀机制，即宇宙在极早期经历的指数级快速膨胀。我们将探讨暴胀如何平滑了早期宇宙，并解释暴胀场量子涨落如何被拉伸并成为后来宇宙结构形成的“种子”。理论预测的CMB极化模式（如原曲率张量模式B模）将作为检验暴胀模型的关键探针。第三部分：从微观到宏观的桥梁：基本粒子与宇宙演化本部分将目光投向了宇宙演化的最早期阶段，探讨基本粒子物理学在塑造宏观结构中的作用。第八章：标准模型与基本相互作用在极高的能量尺度下，我们必须依赖粒子物理学的标准模型。本章回顾了夸克、轻子、规范玻色子以及希格斯玻色子的构成。重点讨论四种基本相互作用（强核力、弱核力、电磁力和引力）的量子场论描述。虽然标准模型在描述当前宇宙的低能现象方面极其成功，但我们也会指出其局限性，例如无法解释引力量子化、暗物质和中微子质量。第九章：早期宇宙的热历史宇宙演化是一个不断冷却和相变的过程。本章构建了一个从普朗克时期（$10^{-43}$秒）到核合成开始前的热历史时间线。我们将讨论普朗克时期后的物理学（假设引力得以量子化），夸克-胶子等离子体的形成，以及物质-反物质不对称性的起源（重子生成子 Baryogenesis）。探讨电弱对称破缺的后果及其对基本粒子性质的最终固定。第十章：元素合成的窗口（不含后续恒星内部过程）在宇宙冷却到约10亿度时，核物理过程开始对宇宙的元素丰度产生决定性影响。本章专注于太初核合成（Big Bang Nucleosynthesis, BBN）。我们将详细分析BBN的物理条件（温度、密度），并计算出宇宙早期形成的轻元素（主要是氢、氦和锂）的丰度。BBN的结果与观测到的轻元素丰度之间的精确匹配，是支持大爆炸理论的另一个强有力证据。我们将讨论诸如氘（Deuterium）的形成时间点，以及BBN如何被用来约束中微子的有效数量和物质密度。结论：未解之谜与未来展望本书最后一部分将总结当前宇宙学的成功，并展望前沿挑战。我们将重新审视暗物质和暗能量的本质，讨论量子引力理论（如弦理论或圈量子引力）可能如何统一描述宇宙的开端和终结。此外，还会探讨下一代观测项目（如大型巡天望远镜和引力波探测器）预期将如何深化我们对时空几何、宇宙组分以及基本物理定律的理解。本书的目标是为读者提供一个清晰的框架，理解我们如何通过结合最精密的观测和最深刻的理论，来描绘这幅宏伟的宇宙画卷。