高能天体物理与引力波

课程编码：070200M02048H 英文名称：High Energy Astrophysics and Gravitational Wave 课时：50 学分：3.00 课程属性：一级学科普及课 主讲教师：张承民

本课程为从事天体物理研究的硕士生或从事相关物理专业的学生所设立。主要内容是介绍高能天体物理中的辐射、吸积过程、探测手段、研究对象和研究方法， 包括中子星、黑洞、活动星系核、吸积、引力波辐射等极端天体物理过程。通过本课程学习使学生对迅速发展的现代天体物理有全面的了解，为进一步从事相关研究打好基础。

天文学基础、理论物理、天体辐射机制

第一章 高能天体物理与引力波概论 3学时 张承民
第1节 高能天体物理与极端宇宙环境现象
第2节 高能爆发过程与引力波的研究内容，
第3节 高能探测与空间卫星，Χ射线探测器原理；
第4节 高能辐射的特性和研究方法，中子星到黑洞；
第5节 多信使时代：电磁波/引力波/中微子/宇宙线；
第6节 国际著名大科学探测器简介。
第二章 中子星：超新星爆发与脉冲星演化 4学时 张承民
第1节 脉冲星的发现和研究现状，核物质状态的理论和观测；
第2节 恒星演化终结到中子星形成过程：中子化与中微子辐射；
第3节 超新星爆发与遗迹，脉冲星的诞生率与演化特性；
第4节 脉冲星辐射与物理参数的测量；
第5节 脉冲星的磁偶极辐射， 磁场周期图；
第6节 脉冲星各种类型与研究进展。
第三章 中子星：双星吸积加速与高能辐射 4学时 张承民
第1节 致密双星系统：高质量与低质量X射线双星特性
第2节 天体环境的吸积模式，球吸积与盘吸积；
第3节 吸积X射线脉冲星HMXB-LMXB，磁场与加速
第4节 吸积阿尔文磁球与中子星加速，毫秒脉冲星形成
第5节 X射线爆的热核反应和引力释放能量关系
第6节 中子星吸积物质的轨道运动，QPO现象
第四章 高能辐射机制和能谱 4学时 张承民
第1节 高能天体物理的能谱与主要辐射机制；
第2节 天体的黑体辐射与应用案例；
第3节 天体强磁场下的曲率辐射与同步辐射；
第4节 康普顿与逆康普顿辐射；
第5节 碰撞散射与韧致辐射；
第6节 吸收与各种辐射现象，天体高能能谱案例。
第五章 白矮星: 吸积与高能现象 4学时 张承民
第1节 致密星体：白矮星发现的历史与特性；
第2节 恒星演化与白矮星形成，物质成分；
第3节 量子与相对论：钱德拉塞卡质量极限；
第4节 白矮星参数的观测，质量半径磁场；
第5节 白矮星的温度冷却与天体年龄测定；
第6节 白矮星双星系统，激变变星与新星辐射。
第六章 高能现象和吸积盘理论 4学时 张承民
第1节 天体高能现象与吸积过程的基本图像，
第2节 爱丁顿极限吸积，
第3节 双星吸积模式，星风与罗溪瓣吸积；
第4节 吸积盘形成；内边界条件
第5节 主要的吸积盘模型简介与应用
第七章 磁星与超强磁场的辐射 4学时 张承民
第1节 磁星现象与发现历史
第2节 磁星类型SGR/AXP磁场与周期；
第3节 磁星的多波段辐射特征与高能爆发；
第4节 磁星的诞生与演化；
第5节 磁星磁场起源：化石磁场与发电机；
第6节 磁星与快速射电爆发简介。
第八章 黑洞的基本理论与现象 4学时 张承民
第1节 黑洞概念提出与研究历史；
第2节 爱因斯坦与黑洞预言，宇宙各种类型黑洞；
第3节 黑洞的视界与基本特性，史瓦西黑洞；
第4节 转动星体塌缩与科尔黑洞，喷流现象；
第5节 黑洞的最小稳定圆轨道，能谱与时变；
第6节 黑洞质量与自旋角动量的测量。
第九章 超大质量黑洞与活动星系核AGN 4学时 张承民
第1节 银河系中心黑洞与星系黑洞；
第2节 类星体的发现与宇宙红移；
第3节 超大质量黑洞的观测特性与质量形成；
第4节 AGN的统一模型到各种星系物理现象；
第5节 AGN辐射机制及其高能过程。
第6节 小结
第十章 伽马射线暴GRB 4学时 张承民
第1节 伽马射线暴现象与发现历史；
第2节 GRB观测及理论模型，致密星并合与超巨 恒星塌缩；
第3节 GRB各种类型与能谱，空间和时间分布；
第4节 余辉辐射特征及理论模型；
第5节 GRB与超新星爆发比较，引力波联系与宇宙学意义。
第6节 小结
第十一章 高能宇宙线基础简介 3学时 张承民
第1节 宇宙线研究历史；
第2节 宇宙线的成分与起源；
第3节 宇宙线的能谱特征；
第4节 宇宙线观测与理论；
第5节 宇宙线的研究意义。
第十二章 引力波理论基础与波源 4学时 张承民
第1节 什么是引力波及其研究历史；
第2节 爱因斯坦时空观与引力波辐射；
第3节 电磁波与引力波的研究意义；
第4节 引力波的谱系与引力波源；
第5节 脉冲星双星系统引力波辐射与轨道收缩；
第6节 质量四极矩与脉冲星引力波辐射。
第十三章 引力波辐射与探测 4学时 张承民
第1节 致密双星并合与引力波辐射；
第2节 引力波探测的历史；
第3节 引力波激光干涉仪LIGO-VIRGO；
第4节 空间引力波探测器；
第5节 宇宙原初引力波探测；
第6节 毫秒脉冲星引力波探测阵列。

张承民，大连理工大学学士、硕士，香港大学博士；曾在天津河北工业大学，巴西圣保罗州大学，台湾国立清华大学，澳大利亚悉尼大学工作，现任中国科学院国家天文台研究员。研究领域：高能天体物理和广义相对论：中子星自旋和磁场演化，中子星准周期振(QPO），脉冲星射电闪烁，白矮星磁场和QPO研究，中子星天体物理和极端环境，引力场时空性质和天体物理应用。