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出版者:Springer Verlag

作者:Basting, Dirk (EDT)

出品人:

页数:458

译者:

出版时间:

价格:1721.84元

装帧:HRD

isbn号码:9783540200567

丛书系列:

图书标签:

• 科学
• 技术
• Excimer Laser
• Laser Technology
• Photolithography
• Material Processing
• Medical Applications
• Surface Modification
• Optical Engineering
• Laser Physics
• Ultraviolet Laser
• Industrial Lasers

深入探索宇宙的边界：当代天体物理学前沿研究 图书简介 本书旨在为对宇宙奥秘抱有浓厚兴趣的读者、科研工作者以及高年级本科生，提供一份全面而深入的当代天体物理学前沿研究综述。我们聚焦于当前观测能力和理论模型取得突破性进展的领域，力图描绘出一幅生动、精确的宇宙图景，从微观的粒子物理到宏观的宇宙结构演化，全面覆盖最激动人心且尚未完全解决的科学难题。 本书结构清晰，内容严谨，完全基于最新的观测数据、大型望远镜项目成果（如詹姆斯·韦伯太空望远镜、事件视界望远镜、先进引力波探测器LIGO/Virgo/KAGRA）以及最新的理论计算模型。 --- 第一部分：极端天体物理学与高能过程 本部分深入探讨宇宙中能量密度最高、物理过程最为极端的天体。 第一章：黑洞的合唱——引力波天文学的成熟与展望 本章详细阐述了自2015年首次直接探测引力波以来，该领域取得的革命性进展。我们首先回顾了双黑洞并合（BBH）、双中子星并合（BNS）以及黑洞-中子星并合（BHNS）事件的统计学分析。重点探讨了如何利用引力波信号来检验广义相对论的精确性，特别是对极端时空区域的检验。 中等质量黑洞（IMBHs）的搜寻： 分析了当前通过引力波数据推断存在IMBHs（质量在$10^2$到$10^5$太阳质量之间）的证据链，并讨论了它们在星系形成中的可能角色。 电磁对应体与多信使天文学： 详述了GW170817事件的意义，以及后续针对引力波事件寻找电磁辐射（如千新星/Kilonovae）的观测策略和技术挑战。 超大质量黑洞的并合： 讨论了脉冲星定时阵列（PTAs）在探测超低频引力波背景（可能由宇宙早期超大质量黑洞并合产生）方面的最新进展，以及其对早期宇宙结构形成的约束。 第二章：伽马射线暴（GRBs）的起源与能谱模型 GRBs作为宇宙中最剧烈的爆炸事件，其物理机制至今仍是研究热点。本章侧重于对长暴和短暴的机制解析，以及高能辐射的辐射机制模型。 短暴与千新星的联系： 基于对富含重元素的快速射电暴（FRBs）的深入研究，结合引力波BNS并合的后随观测，巩固了短暴主要源于中子星并合的理论框架。 GRB喷流的结构与观测： 探讨了使用高分辨率甚大阵（VLBI）对GRB后向散射（Afterglow）的精细成像，以期解构其相对论性喷流的内部结构和角度依赖性。 超高能粒子加速场： 讨论了GRB遗迹（如超新星遗迹）中可能存在的粒子加速机制，以及它们对宇宙射线起源线的贡献。 第三章：活动星系核（AGN）与宇宙反馈 本章聚焦于星系中心超大质量黑洞（SMBHs）对宿主星系演化的影响——AGN反馈。 喷流与外流的区分： 详细比较了基于X射线、射电和光学波段观测到的AGN能量输出模式，特别是关于“快反馈”和“慢反馈”的辩论。 高红移宇宙中的早期活动： 利用JWST在宇宙黎明时期对高红移（$z>6$）AGN的观测数据，研究SMBH是如何在宇宙早期快速增长的，以及它们如何影响第一批恒星的形成。 冷却流模型与星系收缩： 分析了AGN反馈在抑制冷气体冷却、调控星系恒星形成率方面的作用，特别关注了双极性外流如何将重元素输送到星系际介质（IGM）中。 --- 第二部分：宇宙学与暗物质/暗能量的探索 本部分侧重于理解宇宙的整体结构、历史和支配其演化的基本组分。 第四章：暗物质的直接与间接探测前沿 暗物质的本质是当代物理学最大的谜团之一。本章系统回顾了寻找弱相互作用大质量粒子（WIMPs）、轴子（Axions）等候选粒子的最新实验进展和理论约束。 地下探测器的灵敏度提升： 详细介绍新一代超低背景探测器（如LZ、XENONnT的最新结果）对WIMP截面的排除范围，以及在寻找“温和”相互作用粒子的新策略。 轴子探测的突破口： 综述了如ADMX等利用超导腔体进行亥姆霍兹共振实验的最新成果，以及如何通过星体物理学（如太阳中微子辐射）对轴子质量范围进行限制。 间接证据的精炼： 讨论了对银河系中心高能伽马射线过量、暗物质湮灭产生的特定谱线，以及矮星系中可能存在的暗物质信号的更严格分析。 第五章：暗能量的动力学性质与时空几何 暗能量驱动着宇宙的加速膨胀。本章关注于如何通过高精度观测来区分宇宙学常数 ($Lambda$) 模型与其他动态暗能量模型（如Quintessence）。 大尺度结构（LSS）的约束： 结合巴里奥恩声波振荡（BAO）测量、星系巡天（如DESI、Euclid）数据，分析了物质功率谱的演化，以精确测定物质密度参数 $Omega_m$ 和哈勃常数 $H_0$。 引力精确检验： 探讨了通过类星体透镜效应、星系团的质量分布，以及引力波对宇宙膨胀率的独立测量，来检验广义相对论在宇宙尺度上是否依然有效。 $H_0$ 张力的最新研究： 全面梳理了基于早期宇宙（CMB）和晚期宇宙（星系巡天）对哈勃常数测量的显著不一致（$H_0$ 张力），并评估了可能导致这种张力的系统误差或新的物理学效应。 第六章：早期宇宙的“第一批”结构 本章聚焦于宇宙再电离时代（Epoch of Reionization, EoR）的物理过程，这是连接宇宙黑暗时代与现代星系形成的桥梁。 再电离源的鉴定： 利用射电望远镜阵列（如SKA的未来展望）对21厘米信号的观测，旨在直接映射中性氢的电离前沿，确定早期恒星形成、小型星系和早期AGN在提供电离光子中的相对贡献。 第一代恒星（Population III）的特征： 讨论了当前模型预测的Pop III恒星的质量分布和光谱特征，以及未来深空巡天寻找其直接残留信号（如重元素丰度极低的恒星）的可能性。 --- 第三部分：恒星演化与行星宜居性 本部分回归至我们银河系内的基本构建模块，关注恒星的生命周期及其行星系统的形成。 第七章：极端恒星物理与新发现的紧凑天体 本章关注于恒星演化的终点和其产生的特殊产物。 磁星与脉冲星的磁场模型： 深入探讨了脉冲星风云（Pulsar Wind Nebulae）中高能电子的加速机制，以及如何利用射电脉冲星的计时噪声来探测引力波背景。 超新星遗迹的化学演化： 分析了Ia型和II型超新星爆发中核合成的最新计算结果，特别是对于$r$-过程元素的产生机制（特别是中子星并合的贡献），及其对星际介质化学演化的影响。 第八章：系外行星大气特征与宜居性指标 随着观测精度的提高，系外行星的特征化已成为天体物理学的核心任务。 詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的数据解读： 详细剖析了使用透射光谱和直接成像技术对岩石行星、迷你海王星和平坦大气层行星进行化学成分分析的最新案例（如水蒸气、甲烷、二氧化碳的探测）。 生物信号的可靠性评估： 讨论了如何区分潜在的生物特征气体（如氧气、臭氧）与非生物过程（如光化学反应、火山活动）产生的假阳性信号。重点在于构建具有稳健背景模型的“宜居性指标”而非单一气体指标。 潮汐锁定与气候模型： 探讨了对于围绕红矮星运行的行星，其潮汐锁定效应如何影响大气环流和气候稳定性，以及这如何影响其液态水存在的范围。 --- 结论：跨越边界的未来展望 本书最后总结了当前观测技术（如下一代地面望远镜、空间引力波探测器）的发展方向，并指出未来十年内，天体物理学有望在暗物质的微观性质、暗能量的动态行为以及宇宙早期结构的形成等核心问题上取得决定性的进展。本书旨在激励读者以批判性的眼光，参与到这场人类探索宇宙奥秘的宏伟事业中。

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