Compact Objects in Astrophysics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Camenzind, Max

出品人:

页数:706

译者:

出版时间:

价格:$ 123.17

装帧:HRD

isbn号码:9783540257707

丛书系列:

图书标签:

• Compact Objects
• Astrophysics
• Neutron Stars
• Black Holes
• White Dwarfs
• High-Density Matter
• Relativistic Astrophysics
• Stellar Evolution
• Binary Systems
• X-ray Astronomy

广袤宇宙的微观奥秘：天体物理学中紧凑天体的演化与性质 本书深入探讨了宇宙中一类极端、致密的天体——紧凑天体（Compact Objects）。这些天体的形成、内部结构、物理性质及其在宇宙演化中所扮演的角色，是现代天体物理学和高能物理学交叉领域的核心议题。我们将聚焦于那些质量集中在极小体积内，密度高到足以挑战我们对物质理解的白矮星、中子星以及黑洞这三大主要类别。 第一部分：致密恒星的起源与物理基础 紧凑天体的诞生，是恒星生命周期终结的必然产物，其演化路径严格遵循了恒星初始质量的限制。 第一章：恒星演化的终点与质量极限 本章首先回顾了恒星如何通过核聚变产生能量、维持流体静力平衡。随后，我们将详细阐述恒星晚期演化阶段，特别是主序星耗尽核心燃料后所面临的危机——引力坍缩的威胁。这里将引入钱德拉塞卡极限（Chandrasekhar Limit，约 $1.4 M_odot$），这是区分低质量恒星（最终形成白矮星）与大质量恒星（可能形成中子星或黑洞）的关键物理门槛。我们将深入分析简并压力（电子简并压力）如何抵抗引力，支撑白矮星的结构。 第二章：中子星的形成与超新星爆发 对于质量介于钱德拉塞卡极限和奥本海默-沃尔科夫极限（Oppenheimer-Volkoff Limit，约为 $2-3 M_odot$）之间的恒星，引力将克服电子简并压力，导致电子与质子结合形成中子。本章详细描绘了II型和Ib/Ic型超新星爆发的物理机制，特别是核坍缩激波的形成与反弹过程。我们将探讨中子星形成时的能量释放，以及核物质的方程（Equation of State, EoS）在确定中子星最大质量和半径中的关键作用。由于EoS在超高密度下仍存在不确定性，本章将对比不同理论模型（如夸克物质、超流体等）对中子星结构的影响。 第三章：黑洞的几何与视界 当恒星核心质量超过中子星的质量上限时，没有任何已知的压力能够阻止引力坍缩，形成黑洞。本章从爱因斯坦的广义相对论出发，介绍史瓦西（静态、不旋转）和克尔（旋转）解。重点解析事件视界的物理意义——信息和物质的单向边界。我们还将讨论奇点的数学特性，并探讨霍金辐射的概念，尽管它在实际天体物理环境下可能微乎其微，但它代表了量子效应与引力相互作用的前沿思考。 第二部分：紧凑天体的结构、磁场与观测特性 紧凑天体的内部状态和外部的强相互作用场，使得它们成为检验极端物理学的天然实验室。 第四章：白矮星的内部结构与冷却演化 本章聚焦于最常见的紧凑天体——白矮星。我们将详细分析其成分（碳氧、氧氖镁或氦）及其温度梯度。白矮星不再产生能量，其亮度完全来源于自身储存的热量冷却。本章将构建白矮星的冷却模型，探讨在不同大气层厚度、对流以及是否存在伴星吸积情况下，白矮星的亮度随时间的变化规律，这直接关系到对星团年龄的测定。 第五章：中子星的极端物理环境 中子星的内部结构是宇宙中最奇异的物质状态之一。本章深入探讨其分层结构：从相对“薄弱”的外壳，到由布里渊区（Brillouin Zone）内稳定核物质构成的中子内壳，以及可能存在的夸克物质核心。我们还将分析中子星内部强大的磁场（可达 $10^{15}$ 高斯）。这种磁场如何影响中子星的冷却、震荡模式以及其作为脉冲星的观测现象。 第六章：脉冲星：高速旋转的时钟 脉冲星是具有强磁场且快速旋转的中子星。本章详细解释拉莫尔辐射机制，即沿磁极射出的高能电磁波束形成周期性的脉冲信号。我们将分类讨论不同类型的脉冲星：年轻的快脉冲星、孤立的射电脉冲星、以及在双星系统中通过质量转移形成的高能X射线双星和毫秒脉冲星。毫秒脉冲星的超高速旋转及其对广义相对论效应（如引力红移）的验证将是本章的重点。 第七章：双星系统中的吸积盘物理 许多紧凑天体并非孤立存在，而是与伴星形成双星系统，通过吸积伴星物质而重新活跃。本章侧重于吸积盘的物理过程。无论吸积的是白矮星、中子星还是黑洞，盘内物质在落入引力井前会释放出巨大的能量，主要以X射线形式观测。本章将分析吸积盘的粘滞性、温度分布以及由吸积引发的爆发事件，例如新星爆发（白矮星）和X射线暴（中子星/黑洞）。 第三部分：观测证据与高能现象 紧凑天体的研究高度依赖于对各种电磁波段和引力波信号的捕捉与分析。 第八章：引力波：探测黑洞与中子星合并 引力波天文学的兴起极大地丰富了我们对紧凑天体的认识。本章将回顾双黑洞合并、黑洞-中子星合并以及双中子星合并事件的理论预言波形。重点分析LIGO/Virgo/KAGRA等地面探测器对这些事件的观测结果（如GW150914, GW170817）。双中子星合并产生的千新星（Kilonova）辐射，被认为是重元素（如金、铂）的主要来源，本章将结合电磁对应体详细讨论这一过程的核合成机制。 第九章：活动性黑洞与喷流 尽管黑洞本身不发光，但它们在星系中心（超大质量黑洞）或在双星系统中（恒星级黑洞）通过吸积过程表现出极强的活动性。本章探讨相对论性喷流的形成机制，即如何将吸积盘内部的能量沿磁场线以接近光速的速度发射出去。我们将分析射电波段到伽马射线波段的喷流光谱，以及喷流活动与宿主星系演化的关系。 第十章：极端物理学的未来展望 本书的最后一部分着眼于前沿研究。我们将讨论仍在探索中的领域，例如：引力透镜效应在探测低质量黑洞中的应用；快速射电暴（FRBs）与磁星（Magnetars，一种极端强磁场的中子星）之间的潜在联系；以及下一代引力波探测器（如LISA）将如何帮助我们更精确地约束中子星方程的状态和最大质量限制。总结紧凑天体作为检验广义相对论和量子引力效应的终极平台的重要性。

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