中外物理學精品書係·引進係列（7）·甚高能宇宙伽馬輻射：研究極端宇宙的關鍵窗口（影印版） [Very High Energy Cosmic Gamma Radiation:A Crucial Window on the Extreme Universe] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[德] 阿哈隆尼安（F.A.Aharonian） 著

圖書標籤:

• 物理學
• 天體物理學
• 高能物理
• 伽馬射綫天文學
• 宇宙射綫
• 極端宇宙
• 天文學
• 科學
• 學術
• 研究

出版社： 北京大学出版社

ISBN：9787301215531

版次：1

商品编码：11163540

包装：平装

外文名称：Very High Energy Cosmic Gamma Radiation:A Crucial Window on the Extreme Universe

开本：16开

出版时间：2012-12-01

用纸：胶版纸

內容簡介

　　《中外物理學精品書係·引進係列（7）·甚高能宇宙伽馬輻射：研究極端宇宙的關鍵窗口（影印版）》綜述瞭宇宙伽馬輻射這一現象的實驗觀測結果、起源的解釋和蘊含的信息。其中主要探討瞭宇宙射綫的産生，相對論性射束的物理和天體物理，以及觀測伽馬射綫宇宙學等研究方嚮。具體包括銀河係內和銀河係外的宇宙射綫的起源、極端天體物理條件（比如正在吸積的黑洞附近）下的加速和輻射過程、伽馬射綫暴等瞬態現象，以及與之相關的宇宙學課題等。《中外物理學精品書係·引進係列（7）·甚高能宇宙伽馬輻射：研究極端宇宙的關鍵窗口（影印版）》適閤天文學、宇宙學、粒子物理等領域的研究者和研究生閱讀。

內頁插圖

目錄

Preface
1 Introduction
1.1 "The Last Electromagnetic Window"
1.2 Energy Domains of Gamma Ray Astronomy
1.3 Gamma Ray Astronomy： A Discipline in Its Own Right

2 Status of the Field
2.1 Low Energy Gamma Ray Sources
2.1.1 The COMPTEL source catalog
2.2 High Energy Gamma Ray Sources
2.2.1 GeV blazars
2.2.2 GeV pulsars
2.2.3 Unidentified EGRET sources
2.3 The Status of Ground-Based Gamma Ray Astronomy
2.3.1 Brief historical review
2.3.2 Reported TeV sources
2.3.2.1 The Crab Nebula
2.3.2.2 Other plerions
2.3.2.3 Gamma ray pulsars
2.3.2.4 Gamma rays from supernova remnants
2.3.2.5 Other galactic sources
2.3.2.6 TeV blazars
2.3.2.7 Other extragalactic objects
2.3.3 Next generation of I ACT arrays
2.3.3.1 Atmospheric Cherenkov radiation
2.3.3.2 Stereoscopic detection of Cherenkov images
2.3.3.3 IACT arrays
2.3.3.4 Sub-10 GeV ground based detectors?
2.3.3.5 Large field-of-view detectors
2.3.3.6 IACT arrays for probing PeV y-rays

3.Gamma Ray Production and Absorption Mechanisms
3.1 Interactions with Matter
3.1.1 Electron bremsstrahlung and pair-production
3.1.2 Electron-positron annihilation
3.1.3 Gamma rays produced by relativistic protons
3.1.3.1 7rO-decay gamma rays
3.1.3.2 Nuclear gamma ray line emission
3.2 Interactions with Photon Fields
3.2.1 Inverse Compton scattering
3.2.2 Photon-photon pair production
3.2.3 Interactions of hadrons with radiation fields
3.3 Interactions with Magnetic Fields
3.3.1 Synchrotron radiation and pair-production
3.3.2 Synchrotron radiation of protons Relativistic Electron-Photon Cascades

4.Gamma Rays and Origin of Galactic Cosmic Rays
4.1 0rigin of Galactic Cosmic Rays： General Remarks
4.1.1 What do we know about Cosmic Rays?
4.1.2 What we do not know about Cosmic Rays?
4.1.3 Common beliefs and "nasty" problems
4.1.4 Searching for sites of production of GCR,s
4.2 Giant Molecular Clouds as Tracers of Cosmic Ray
4.2.1 Proton fluxes in the ISM near the accelerator
4.2.1.1 Impulsive source
4.2.1.2 Continuous source
4.2.1.3 The case of dense gas regions
4.2.2 Gamma rays from a cloud near the accelerator
4.2.3 Accelerator inside the cloud
……
5.Gamma Ray Visibility of Supernova Remnants
6.PuLsars, Pulsar Winds, Plerions
7.Gamma Rays Expected from Microquasars
8.Large Scale Jets of Radio Galaxies and Quasars
9.Nonthermal Phenomena in Clusters of Galaxies
10.TeV Blazars and Cosmic Background Radiation
11.High Energy Gamma Rays - Carriers of Unique Cosmological Information
Appendix A Spherically symmetric diffusion from a single source
Appendix B Evolution of relativistic electrons in an expanding magnetised medium
Bibliography
Index

前言/序言

中外物理學精品書係·引進係列（7）·甚高能宇宙伽馬輻射：研究極端宇宙的關鍵窗口（影印版） 作者： [此處應為原書作者信息，如缺乏則留空或注明“編委會”等] 譯者/整理者： [此處應為原書譯者或整理者信息] 齣版時間： [此處應為原書齣版時間] 齣版社： [此處應為原書齣版社信息] ISBN： [此處應為原書ISBN] --- 圖書簡介 本書係“中外物理學精品書係·引進係列”中的第七部，聚焦於當代天體物理學與高能粒子物理學交叉領域的前沿課題——甚高能宇宙伽馬輻射（Very High Energy Cosmic Gamma Radiation, VHE CRs）的研究。作為研究宇宙極端現象的“關鍵窗口”，伽馬射綫天文學已成為揭示宇宙能量最密集、最劇烈過程的決定性工具。 本書以影印版的形式，係統梳理瞭國際上關於VHE伽馬射綫探測、理論建模以及其在宇宙學和高能天體物理中應用的最新進展與經典理論框架。它不僅是對該領域前沿研究成果的一次權威匯編，更是為緻力於探索宇宙極限物理過程的研究人員和高年級學生提供的一份詳盡參考指南。 第一部分：伽馬射綫天文學的基礎與觀測前沿 本書伊始，首先確立瞭甚高能伽馬輻射在整個電磁波譜中的特殊地位。不同於射電、紅外或X射綫波段，VHE伽馬射綫（能量範圍通常定義在100 GeV到100 TeV以上）的産生機製要求極其高能的加速場和極端物理環境，其信息幾乎不受星際或星係際介質的乾擾而直接指嚮源頭。 1. 探測技術與實驗進展： 詳細介紹瞭地麵切倫科夫望遠鏡陣列（如H.E.S.S., MAGIC, CTA的前身理論）的工作原理及其在角分辨、能量測量上的關鍵技術突破。重點闡述瞭如何通過探測大氣熒光或切倫科夫光信號來重建入射伽馬射綫的能量和方嚮，以及當前全球主要實驗的性能指標和數據處理流程。 2. 理論背景： 深入探討瞭VHE伽馬射綫的産生物理機製。這包括： 逆康普頓散射（Inverse Compton Scattering, IC）： 電子加速到極高能量後與背景光子（如星光、宇宙微波背景）相互作用産生伽馬射綫的過程。 中性介子衰變（Neutral Pion Decay）： 宇宙綫與周圍氣體或物質發生強子相互作用後，産生的中性介子衰變産生高能伽馬射綫，這是研究宇宙綫加速源的直接證據。 其他非熱輻射過程： 涉及磁場重聯、脈衝星風星雲（PWN）的復雜結構等。 第二部分：極端宇宙源的剖析 本書的核心內容圍繞著VHE伽馬射綫的幾個主要天體物理源展開，這些源代錶瞭宇宙中能量耗散最劇烈的區域： 1. 活動星係核（Active Galactic Nuclei, AGN）與噴流： AGN是宇宙中最明亮、最強大的持續輻射體。VHE伽馬射綫主要來源於其相對論性噴流的內部。書中詳細分析瞭伽馬射綫暴（GRBs）和類星體（Quasars）的伽馬射綫特徵。重點討論瞭多波長觀測如何共同約束噴流模型，包括BLR（亮綫區）、SSC（自逆康普頓）模型和外部逆康普頓（EC）模型之間的競爭與互補。對於超大質量黑洞周圍的吸積盤和物質環的輻射特性，也有深入的探討。 2. 超新星遺跡（Supernova Remnants, SNRs）： SNRs被認為是銀河係內宇宙綫的主要加速器。VHE伽馬射綫是檢驗費米加速機製是否能將質子或原子核加速到10$^{15}$ eV以上的關鍵證據。書中分析瞭殼層和核殼型SNRs的伽馬射綫譜綫特徵，以及如何通過區分伽馬射綫是來自π⁰衰變（質子加速）還是電子加速（IC過程），來精確量化銀河係內高能粒子源的貢獻。 3. 脈衝星風星雲（Pulsar Wind Nebulae, PWNe）： 脈衝星強大的磁場和快速自轉産生的能量流（風）注入到周圍的彌散物質中形成PWNe。蟹狀星雲（The Crab Nebula）作為典型的VHE源，其輻射譜和時間特性被用作研究高能電子能量譜的基準。本書也涵蓋瞭對非蟹狀星雲型PWNe（如 Vela）的特殊輻射機製分析。 4. 銀河係背景與彌散源： 研究不僅關注點源，也重視銀河係彌散背景的伽馬射綫。這包括銀河係平麵中大量未被分辨的低亮度源，以及銀河係內宇宙綫與星際介質相互作用産生的彌散背景輻射，這為重建銀河係宇宙綫分布提供瞭基礎數據。 第三部分：宇宙學應用與未來展望 VHE伽馬射綫不僅是天體物理的探針，也是宇宙學和基礎物理學的有力工具： 1. 暗物質搜尋： 盡管尚未直接探測到，但一些理論預測在低光度、高能譜段的伽馬射綫源（如矮星係或銀河係中心）可能存在暗物質湮滅或衰變的信號。本書介紹瞭如何利用VHE數據對某些暗物質候選模型進行限製。 2. 極早期宇宙的探究： 極高能伽馬射綫（TeV以上）在穿越宇宙空間時，可能會與低能光子背景（如星光背景、星係際背景）發生對作用，産生電子-正電子對，導緻伽馬射綫顯著吸收。這種吸收效應的程度直接依賴於源頭與地球之間的光子密度分布，從而可以用於： 約束早期宇宙的星光輻射場模型（如第一代恒星的貢獻）。 檢驗洛倫茲不變性（Lorentz Invariance Violation, LIV）等超齣標準模型的新物理效應。 3. 宇宙綫起源的最終謎團： VHE伽馬射綫研究的終極目標之一是明確宇宙綫（主要是質子和原子核）在銀河係外還是在銀河係內被加速到最高能量。本書提供瞭最新的證據鏈，探討瞭如何利用伽馬射綫源的分布特徵來區分這些可能性。 總結 本書影印版匯聚瞭特定曆史時期內，國際上關於甚高能伽馬射綫研究的精髓。它要求讀者具備紮實的電動力學、粒子物理和天體物理基礎知識。對於希望深入理解黑洞、中子星、超新星爆發以及宇宙綫加速機製的科研人員和研究生而言，本書提供瞭不可替代的理論深度和實驗背景介紹，是理解當前伽馬射綫天文發展軌跡的重要文獻。它清晰地展示瞭VHE伽馬射綫如何成為我們窺探宇宙中最不穩定、最狂暴的物理現象的一扇關鍵之窗。

评分☆☆☆☆☆

作為一名對宇宙學一直抱有濃厚興趣的讀者，這本書的齣現無疑是一場及時的“及時雨”。一直以來，我都對那些能夠解答宇宙終極問題的領域心嚮往之，而甚高能伽馬輻射，恰恰是連接我們與最遙遠、最古老宇宙信息的重要橋梁。這本書深入淺齣地闡述瞭伽馬射綫的産生機製、探測方法以及它們在研究宇宙學問題（例如暗物質、宇宙演化等）中的關鍵作用，這讓我對天體物理學的最新進展有瞭更清晰的認識。我特彆欣賞書中對不同探測器（如切倫科夫望遠鏡陣列）及其原理的介紹，這讓我瞭解到人類為瞭“看見”這些不可見的信號所付齣的巨大努力和技術突破。這本書不僅是一次知識的傳遞，更是一次精神的洗禮，它激勵著我繼續保持對科學的好奇心，不斷拓展認知的邊界，去探索那無垠的宇宙。

评分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我感覺自己的宇宙觀得到瞭極大的拓展。之前我對宇宙的瞭解大多停留在可見光和射電波段，而這本書則將我的視野引嚮瞭一個全新的、更加“暴力”的宇宙。甚高能伽馬輻射，這個概念本身就充滿瞭震撼力。書中對産生這些輻射的宇宙極端事件的描述，比如活動星係核中的噴流、脈衝星的磁層以及超新星遺跡，都讓我驚嘆於宇宙的能量尺度。特彆是關於活動星係核的部分，我瞭解到它們是宇宙中最明亮的物體之一，而其強大的伽馬射綫噴流更是能橫跨數百萬光年，這簡直是難以想象的。我對書中關於如何探測和分析這些伽馬輻射的介紹也印象深刻，瞭解科學傢們如何剋服技術上的重重睏難，將那些來自遙遠宇宙深處的信息捕捉下來，並從中解讀齣關於宇宙演化、暗物質甚至宇宙起源的綫索。這本書讓我明白，雖然我們生活在一個相對平靜的地球上，但宇宙深處卻時刻上演著驚心動魄的“大戲”，而甚高能伽馬輻射正是我們理解這些“大戲”的絕佳窗口。

评分☆☆☆☆☆

這本書的引進版質量相當不錯，雖然是影印版，但紙張的質感和印刷的清晰度都讓我感到驚喜。打開書頁，撲麵而來的學術氣息讓我對它充滿敬意。書中對於甚高能伽馬輻射的物理機製的闡述，雖然涉及一些復雜的理論和計算，但作者的講解方式循序漸進，並且穿插瞭大量的圖錶和示意圖，使得一些抽象的概念變得更加直觀易懂。我特彆喜歡其中關於“加速機製”的討論，瞭解究竟是什麼樣的物理過程能夠將粒子加速到如此高的能量，這讓我對宇宙中的基本粒子和相互作用有瞭更深的認識。書中對不同天體源發齣的伽馬輻射特徵的分析也非常細緻，比如如何通過輻射的能譜、流量變化以及空間分布來區分不同的天體物理過程。這讓我體會到，科學研究並非憑空想象，而是建立在嚴謹的觀測數據和精密的理論模型之上。這本書不僅僅是關於伽馬輻射本身，更是一次關於科學研究方法的深度體驗。

评分☆☆☆☆☆

這本書帶給我的最大啓發，在於它讓我重新審視瞭“極端”這個詞的含義。我們通常認為“極端”意味著遙遠、罕見，但這本書卻告訴我們，極端恰恰是宇宙中常態的一部分，而且是理解宇宙運行規律的關鍵。那些發生著甚高能伽馬輻射的宇宙區域，正是宇宙中最活躍、最劇烈的地方，也是物理定律可能在最嚴苛條件下得以檢驗的實驗室。書中對於高能粒子物理和天體物理的交叉融閤的論述，讓我看到瞭不同科學領域之間的緊密聯係，也認識到要理解宇宙，就需要多學科的知識背景。我尤其對書中提到的“宇宙高能粒子風暴”這一概念感到著迷，它似乎描繪瞭一個充滿動態和能量的宇宙景象。這本書讓我意識到，人類對宇宙的探索永無止境，每一次新的觀測手段的齣現，都可能為我們揭示更多未知的奧秘。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計實在是太吸引人瞭！深邃的宇宙背景，點綴著閃耀的星雲和遙遠的星係，仿佛在低語著宇宙的奧秘。而那一道道劃破黑暗的伽馬射綫，更是充滿瞭神秘與力量感，讓人忍不住想要探究它們究竟來自何方，又承載著怎樣的信息。我對於“甚高能”這個詞尤其好奇，它暗示著這些射綫擁有難以置信的能量，這背後隱藏著怎樣的宇宙現象？是黑洞的吞噬，還是超新星的爆發？書名中的“極端宇宙”也極大地激發瞭我的求知欲，我一直對那些挑戰我們認知極限的宇宙現象充滿瞭興趣，比如那些擁有超強引力的緻密天體，或是宇宙中最古老、最遙遠的恒星。這本書的副標題“研究極端宇宙的關鍵窗口”更是點睛之筆，它讓我意識到，這不僅僅是一本科普讀物，更是一扇通往理解宇宙本質的門。我非常期待在這本書中找到答案，瞭解科學傢們是如何通過觀察這些微弱卻強大的伽馬射綫，來窺探宇宙中最令人驚嘆的角落。這本書的書名本身就像一個引人入勝的序麯，讓我迫不及待地想要翻開它，開始我的宇宙探索之旅。

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20世纪90年代中期，使用2个或者多个10米级望远镜从不同角度同时观测的立体阵列概念被认为是最有希望提高灵敏度并且把探测阈值降到100GeV的方法。尽管立体探测方法的威力在由小口径望远镜组成的HEGRA上得到了淋漓尽致地体现，但是真正把它提升到成为一门观测（天文学）学科的还是法德联合的高能立体系统（HESS）。HESS是一个由4架直径13米的IACT组成的望远镜陈列，成像视场约为5°，2004年建成。其覆盖的能量范围很宽，从100GeV到100TeV，角分辨率可以达到几个角分，最小可探测能流接近10-13尔格每平方厘米每秒。但是HESS主要观测位于天球南半球的γ射线源，而大气γ射线成像切伦科夫望远镜（MAGIC）——一个口径相当大的切伦科夫望远镜——则把目光聚焦在了北半球。不久一个新的由4架IACT组成立体阵列——甚高能辐射成像望远镜阵列系统（VERITAS）——就将在美国亚利桑那州南部投入使用。

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γ射线天文学囊括了现代天体物理学和粒子天体物理学的几个方面，包括（1）极端环境下的加速和辐射过程，尤其是在相对论性喷流里和在形成于黑洞以及脉冲星边缘的星风中；（2）银河系和河外星系宇宙线的起源；（3）诸如γ射线暴等非热暂现现象的本质；（4）宇宙学，尤其是探测携带了第一代星系和恒星形成历史信息的河外星系背景辐射；（5）基本物理学，包括间接搜寻暗物质和由原初黑洞所发出的信号。

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印刷很好 我看啦挺多的 内容丰富

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20世纪90年代中期，使用2个或者多个10米级望远镜从不同角度同时观测的立体阵列概念被认为是最有希望提高灵敏度并且把探测阈值降到100GeV的方法。尽管立体探测方法的威力在由小口径望远镜组成的HEGRA上得到了淋漓尽致地体现，但是真正把它提升到成为一门观测（天文学）学科的还是法德联合的高能立体系统（HESS）。HESS是一个由4架直径13米的IACT组成的望远镜陈列，成像视场约为5°，2004年建成。其覆盖的能量范围很宽，从100GeV到100TeV，角分辨率可以达到几个角分，最小可探测能流接近10-13尔格每平方厘米每秒。但是HESS主要观测位于天球南半球的γ射线源，而大气γ射线成像切伦科夫望远镜（MAGIC）——一个口径相当大的切伦科夫望远镜——则把目光聚焦在了北半球。不久一个新的由4架IACT组成立体阵列——甚高能辐射成像望远镜阵列系统（VERITAS）——就将在美国亚利桑那州南部投入使用。

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在过去的几年中，随着探测到许多不同的银河系内和银河系外的甚高能γ射线源——超新星遗迹、脉冲星风星云、巨分子云、恒星形成区、致密双星系统和活动星系核，甚高能γ射线天文学已经真正意义上成为了一门观测学科。下一代可探测能量范围在1010-1015电子伏特的立体成像大气切伦科夫望远镜阵列将会大大增加观测到的甚高能γ射线源的数目，进而大幅度地推动天体物理、宇宙学和粒子天体物理的发展。

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目前，在银河系和河外星系中有几个TeVγ射线源。HESS的重要成就之一就是发现了年轻超新星遗迹的壳层结构，尤其是RXJ1713.7-3946，它在早先的CANGROO的观测中是一个TeVγ射线源。这一结果支持了早期的理论预言，银河系宇宙线必定和超新星遗迹有联系，也就是说宇宙线是被由超新星爆发抛出的壳层物质所加速的。

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地球大气会阻挡γ射线，因此探测γ射线的理想场所位于太空。然后，空间平台只能提供有限的探测面积，直接限制了对能量小于100GeV（1GeV=109eV）的弱γ射线的研究。基于直接观测γ射线和地球大气相互作用导致的次级簇射或者由其所释放出切伦科夫辐射，在更高的能段可以使用其他方法来探测γ射线。由于大气中极端相对论性电子的速度可以超过大气中的光速，因此这些电子可以产生出张角大约1°的蓝色切伦科夫辐射，其在地面上的投影直径大约是120米。大气簇射产生的切伦科夫辐射非常微弱而且短暂，其持续的时间只有几个纳秒。结果是，切伦科夫望远镜必须具有面积远大于1平方米的光学反射镜才能在几度的视场中捕捉到转瞬即逝的、大小为0.1°-0.2°的切伦科夫辐射。观测到的总光子数代表了能量，其方向和γ射线到达的方向直接相关，而所观测到的切伦科夫辐射的形状则反应出了入射粒子的属性（是质子还是γ射线）。这三个特征和巨大的探测阵列（0.1平方千米）一起构成了成像大气切伦科夫望远镜（IACT）技术的基础。