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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