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第一章 宇宙学 1

1.0 绪论 1

1.1 宇宙学与粒子物理 5

1.1.1 引言 5

1.1.2 物质-反物质不对称、重子物质起源与对称性破缺 7

1.1.3 暗物质属性、丰度起源与对称性 11

参考文献 16

1.2 大爆炸宇宙学 17

1.2.1 早期发展历史 18

1.2.2 进一步的发展 19

1.2.3 宇宙的膨胀 22

1.2.4 Robertson-Walker度规和膨胀动力学 25

1.2.5 热大爆炸理论与宇宙微波背景辐射 26

1.2.6 大爆炸核合成（big bang nucleosynthesis,BBN） 29

1.2.7 未解决的问题 31

参考文献 32

1.3 暴胀宇宙学 33

1.3.1 热大爆炸宇宙学中的几个疑难问题 33

1.3.2 暴胀宇宙学对大爆炸宇宙学疑难的解释 34

1.3.3 新旧暴胀宇宙学模型 35

1.3.4 原初曲率扰动的功率谱 37

1.3.5 原初曲率扰动的非高斯性 39

1.3.6 结语 42

参考文献 42

1.4 宇宙加速膨胀和暗能量 43

1.4.1 宇宙加速膨胀和暗能量的实验证据 43

1.4.2 暗能量模型简介 45

1.4.3 暗能量研究现状 49

1.4.4 宇宙加速膨胀物理机制的探讨和暗能量研究展望 52

参考文献 54

1.5 暗物质及其实验搜寻 56

1.5.1 暗物质存在证据 56

1.5.2 暗物质粒子和弱相互作用重粒子（WIMP） 58

1.5.3 暗物质粒子探测的原理和方法 60

1.5.4 暗物质研究现状 66

1.5.5 结语 71

参考文献 71

1.6 宇宙动力学和热力学的关系 73

1.6.1 引言 73

1.6.2 从热力学第一定律到Friedmann方程 74

1.6.3 Friedmann方程和热力学第一定律的等价性 76

1.6.4 宇宙表观视界的霍金辐射 77

1.6.5 结语 78

参考文献 79

1.7 宇宙学与超弦理论 80

1.7.1 弦论中的暴胀模型 80

1.7.2 宇宙弦 83

1.7.3 暗能量 84

参考文献 89

1.8 宇宙微波背景辐射 91

1.8.1 宇宙微波背景辐射的起源 91

1.8.2 宇宙微波背景辐射实验的发展历史 92

1.8.3 CMB各向异性的基本理论 97

参考文献 120

第二章 星系 124

2.0 绪论 124

2.1 暗能量的宇宙大尺度结构探针 126

2.1.1 通过宇宙大尺度结构探索暗能量的原理 127

2.1.2 重子声波振荡 128

2.1.3 红移畸变 130

2.1.4 弱引力透镜 131

2.1.5 宇宙加速膨胀的非暗能量解释和基于宇宙大尺度结构的甄别方法 133

2.1.6 结语 134

参考文献 135

2.2 宇宙大尺度结构和数值模拟 137

2.2.1 暗物质晕质量函数及成团性 138

2.2.2 暗物质晕的内部结构 142

2.2.3 宇宙大尺度结构 144

参考文献 146

2.3 星系形成和演化 147

2.3.1 星系形成理论 147

2.3.2 原初星系的形成和宇宙再电离观测 149

2.3.3 高红移星系的探测 150

2.3.4 星系中的恒星形成与演化 151

2.3.5 星系形态的形成和演化 153

2.3.6 星系的化学演化 155

参考文献 156

2.4 活动星系核与星系级黑洞 157

2.4.1 活动星系核 157

2.4.2 超大质量黑洞与宇宙学演化 163

参考文献 171

2.5 星系中心的双黑洞 175

2.5.1 超大质量双黑洞与星系宇宙学和引力波天体物理 175

2.5.2 超大质量双黑洞在星系核心的动力学演化和最后秒差距难题 177

2.5.3 活动星系核中超大质量双黑洞的观测特性 180

2.5.4 正常星系核中超大质量双黑洞的观测 185

2.5.5 引力波反冲黑洞的动力学演化和电磁辐射对应体 187

2.5.6 总结和展望 189

参考文献 190

第三章 银河系 192

3.0 绪论 192

3.1 银河系结构与动力学 194

3.1.1 引言 194

3.1.2 银盘 195

3.1.3 核球／棒 198

3.1.4 银晕 200

3.1.5 总结与展望 202

参考文献 203

3.2 星团 205

3.2.1 引言 205

3.2.2 球状星团 205

3.2.3 疏散星团 210

参考文献 214

3.3 恒星元素丰度 215

3.3.1 银河系晕族恒星的丰度 216

3.3.2 厚盘和薄盘的丰度 217

3.3.3 核球的丰度 219

3.3.4 非局部热动平衡效应的研究 219

参考文献 220

3.4 银河系化学演化 222

3.4.1 引言 222

3.4.2 银河系化学演化模型的基本框架 222

3.4.3 化学演化理论——观测和模型的比对 226

参考文献 230

3.5 大样本恒星演化和星族合成 232

3.5.1 大样本恒星演化 232

3.5.2 星族合成 239

参考文献 244

3.6 超新星遗迹 245

3.6.1 爆炸性核合成 245

3.6.2 壳层型超新星遗迹和宇宙线粒子的激波加速 248

3.6.3 实心型超新星遗迹 250

3.6.4 气体的非平衡电离现象和热混合型超新星遗迹 252

3.6.5 超新星遗迹与分子云作用 254

参考文献 255

3.7 银河系中心黑洞 257

3.7.1 引言 257

3.7.2 Sgr A＊的发现 258

3.7.3 Sgr A＊的位置和自行 259

3.7.4 Sgr A＊的质量 260

3.7.5 Sgr A＊的大小 261

3.7.6 Sgr A＊的光变 262

3.7.7 Sgr A＊的阴影成像 263

参考文献 265

3.8 银河系磁场 267

3.8.1 测量星际磁场的一些基本方法 267

3.8.2 银河系磁场的一些基本结果 270

3.8.3 结语 272

参考文献 272

第四章 恒星 273

4.0 绪论 273

4.1 恒星形成 274

4.1.1 引言 274

4.1.2 星际分子云作为恒星的诞生地 274

4.1.3 从致密分子云核到原恒星 276

4.1.4 原恒星的吸积与生长 277

4.1.5 大质量恒星及星团的形成 280

参考文献 285

4.2 恒星的结构和演化 287

4.2.1 恒星的基本性质 287

4.2.2 主序星 288

4.2.3 恒星演化过程中的热核燃烧序列 289

4.2.4 小质量恒星的演化 290

4.2.5 中等质量恒星的演化 292

4.2.6 大质量恒星的演化 293

4.2.7 结语 295

参考文献 296

4.3 重元素的起源 297

4.3.1 引言 297

4.3.2 快过程的唯象理论 299

4.3.3 高温天体环境中快过程的参数模型 303

4.3.4 快过程的天体模型 306

4.3.5 总结与展望 311

参考文献 313

4.4 超新星物理 316

4.4.1 引言 316

4.4.2 超新星类型和观测特征 317

4.4.3 Ia型超新星 320

4.4.4 核心坍缩超新星 327

4.4.5 Ia型超新星在现代宇宙学中的应用 331

4.4.6 总结与展望 340

参考文献 341

4.5 双星结构与演化 342

4.5.1 引言 342

4.5.2 双星的结构 342

4.5.3 双星演化 344

4.5.4 研究现状 346

4.5.5 存在的问题及研究展望 349

参考文献 350

4.6 太阳作为一颗恒星 351

4.6.1 引言 351

4.6.2 恒星非局部对流理论与太阳对流区结构 351

4.6.3 太阳和类太阳恒星大气锂丰度的衰减 355

4.6.4 太阳大气湍流速度和温度场 356

4.6.5 太阳与恒星类太阳振荡的激发机制 357

参考文献 360

后记 361