高能天体物理与引力波

课程编码：180081070202P3008H 英文名称：High Energy Astrophysics and Gravitational Wave 课时：50 学分：2.50 课程属性：专业课 主讲教师：张承民

本课程是为硕士研究生介绍现代高能天体物理的现象和原理， 内容涉及宇宙中致密星的极端过程，如白矮星、中子星、脉冲星、黑洞的奇特现象以及引力波辐射，讲解其探测手段和研究方法。 本课程使学生以独特视角了解迅速发展的全新宇宙认知，扩展其知识视野。

理论物理

第一章 高能天体物理与引力波概论 3.0学时 张承民
第1节 高能天体与极端宇宙环境的观测现象；
第2节 天体引力波现象的普遍性；
第3节 高能探测与空间X射线卫星；
第4节 高能辐射的特性和研究方法；
第5节 多信使时代：电磁波/引力波/中微子/宇宙线；
第6节 国际大科学探测器简介：引力波激光干涉仪。
第二章 中子星：从超新星到脉冲星 4.0学时 张承民
第1节 脉冲星的发现和研究现状，核物理理论检验； 
第2节 恒星演化终结到中子星形成过程； 
第3节 超新星爆发，脉冲星的诞生与演化； 
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 毫秒脉冲星与各种类型中子星。
第三章 磁星与超强磁场的辐射 4.0学时 张承民
第1节 磁星现象与发现历史 
第2节 磁星类型，磁场与周期分布； 
第3节 磁星的多波段辐射与爆发； 
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 磁星与快速射电爆现象。 
第四章 中子星的双星吸积 4.0学时 张承民
第1节 高质量与低质量X射线双星 
第2节 天体的吸积模式，球吸积与盘吸积； 
第3节 X射线脉冲星，星风与罗溪瓣吸积 
第4节 吸积阿尔文磁球与毫秒脉冲星 
第5节 X射线爆的热核反应和引力能量 
第6节 吸积物质的轨道运动，QPO现象 
第五章 白矮星的现象与应用 5.0学时 张承民
第1节 白矮星发现的历史与特性； 
第2节 白矮星形成与物质成分； 
第3节 量子与相对论到钱德拉塞卡极限； 
第4节 白矮星参数，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，激变变星与新星辐射；
第7节 白矮星双星：I型超新星与标准烛光； 
第8节 小结 
第六章 高能现象和天体的吸积 4.0学时 张承民
第1节 天体吸积过程的现象； 
第2节 吸积效率；
第3节 爱丁顿极限吸积；
第4节 致密星的磁球与吸积盘半径；
第5节 双星系统吸积盘的形成过程； 
第6节 小节：吸积现象观测。 
第七章 黑洞的基本理论与现象 5.0学时 张承民
第1节 黑洞概念的早期历史； 
第2节 爱因斯坦到霍金的黑洞预言； 
第3节 黑洞的视界与史瓦西黑洞； 
第4节 转动星体与科尔黑洞； 
第5节 黑洞的最小稳定圆轨道； 
第6节 黑洞质量与自旋角动量的测量；
第7节 小节，黑洞类型与喷流现象。
第八章 超大质量黑洞与活动星系核 4.0学时 张承民
第1节 银河系中心黑洞观测； 
第2节 黑洞之谜与类星体的现象； 
第3节 超大质量黑洞的质量形成； 
第4节 AGN与黑洞统一模型； 
第5节 小结。 
第九章 伽马射线暴GRB 3.0学时 张承民
第1节 伽马射线暴现象与发现历史； 
第2节 致密星并合与超巨恒星塌缩模型：； 
第3节 GRB各种类型的能谱与时空分布； 
第4节 GRB余辉辐射特征； 
第5节 GRB与超新星爆发比较。 
第6节 小结 
第十章 高能辐射机制和能谱 3.0学时 张承民
第1节 天体的能谱与主要辐射机制； 
第2节 天体的黑体辐射与观测现象； 
第3节 天体强磁场下的同步辐射； 
第4节 康普顿与逆康普顿辐射； 
第5节 韧致辐射在天体的普遍性； 
第6节 小节。 
第十一章 高能宇宙线简介 2.0学时 张承民
第1节 宇宙线的发现与研究历史； 
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 宇宙线的理论模型简述； 
第5节 小结
第十二章 引力波理论基础与波源 5.0学时 张承民
第1节 什么是引力波及其研究背景； 
第2节 爱因斯坦时空观与引力波辐射； 
第3节 电磁波与引力波类比； 
第4节 引力波源与频率； 
第5节 脉冲星双星轨道收缩的引力波辐射； 
第6节 质量四极矩与引力波辐射。
第十三章 引力波辐射与探测 4.0学时 张承民
第1节 致密双星并合与引力波辐射； 
第2节 引力波探测的历史与介绍； 
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，中国科学院大学岗位教师。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。