高能天体物理  031M5004H

学期:2017—2018学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:袁为民,苟利军
授课时间: 星期六, 第5、6、7节
授课地点: 教1-127
授课周次: 9
授课时间: 星期四, 第5、6、7节
授课地点: 教1-127
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14
课程编号: 031M5004H 课时: 40 学分: 2.0
课程属性: 专业普及课 主讲教师:袁为民,苟利军
英文名称: High Energy Astrophysics II

教学目的、要求

作为天体物理学和空间科学的重要交叉学科,高能天体物理已融入到当代天体物理研究的几乎每一个分支,对整个天体物理的研究有着深远的影响。本课程以X射线天文学为主线,也包括了伽马射线天文学、时域天文学等其它相关学科。本课程将从高能天体物理的基本过程、基本概念和方法出发,结合最新的研究结果,给出高能天体物理学科的完整图像,并注重对学生的天体物理研究的能力和鉴赏力的提高。通过本课程的讲授:
1.使学生系统掌握天体的高能过程的基本物理概念和物理图像、理论基础和观测方法。
2. 使学生及时和准确地了解当代高能天体物理研究前沿的基本和关键问题,提高学生对科学探讨和研究的兴趣,引发学生的进行独立思考的意识、培养学生进行原始创新的能力。
3. 使学生掌握开展相关科研所需的实用技能,提高学生在科研工作中的学科交叉能力。 

预修课程

普通物理,电磁学,电动力学,相对论,量子力学,热力学与统计物理

教 材

1.Exploring the X-ray Universe, by F.D. Seward and P. A. Charles (SC), Cambridge University Press, 2010, ISBN: 978-0-521-88483-9
2.High-Energy Astrophysics: Third Edition, by M.S. Longair (LIII) Cambridge University Press, 2011, ISBN: 978-0-521-75618

主要内容

总体计划:每讲2学时,20讲,共计40学时。为春季学期课程。
1.引言、高能的天空 (2学时)
1)引言 
–高能天体物理学科领域
–基本概念和基本量: 产能、光度、时标
–X射线基本特性
–电磁波谱及大气的吸收
–X射线天文的早期历史
2)高能的天空 
–多波段的天空
–X射线、伽马射线的天空(X射线、伽马射线辐射从何而来) 
–课程安排、教学计划、考核方式、必备教材及参考书目

2.X射线天文探测和观测方法 (6学时)
要点:结合具体的卫星和设备来讲
1)探测原理和方法 
–X射线、伽马射线探测器原理(正比计数器、闪烁探测器、MCP、Si探测器)
–X射线望远镜原理(准直器、编码孔径、聚焦望远镜)
–重要的高能天文卫星
2)观测原理和方法
–成像
–光谱分析
–时变分析(功率谱、QPO、等)
3)数据分析方法
–X射线数据处理分析原理和方法
–如何获取数据
–课堂演示及学生操作练习

3.高能天体物理中的物理过程 (2学时)
1)辐射过程基础、与物质的相互作用
–辐射过程(黑体、bremsstrahlung、同步辐射、Compton散射、等)
–与物质的相互作用(光电效应、吸收等)
2)能源机制和天体物理过程
–吸积过程
–激波过程
–喷流

4.恒星级致密天体 (8学时)
1)白矮星
–电子简并物态
–各种吸积白矮星
2)中子星
–脉冲星
–孤立中子星
–吸积中子星
–X射线暴
3)恒星级黑洞
–黑洞的性质
–黑洞X射线双星
–微类星体
–黑洞自旋测定,检验时空弯曲
–黑洞与中子星的观测区分
4)超新星遗迹

5.河外天体的高能辐射 (18学时)
1)X射线双星与活动星系核的联系(2学时)
2)超大质量黑洞和活动星系核(6学时)
–活动星系核的观测
–理论模型和解释
–黑洞吸积的观测证据和高能辐射
3)星系的X射线辐射(2学时)
–正常星系、恒星形成星系
–ULX和中等质量黑洞 
4)星系团的X射线辐射(2学时)
–热IGM性质
–宇宙学运用
–射电源、反馈
5)宇宙X射线背景辐射(2学时)
–CXB的观测,能谱
–X射线深场巡天;AGN X射线光度函数、CXB的分解
–CXB合成模型、SMBH的吸积历史、探索CMB
6)高能爆发天体(4学时)
–爆发天体
–爆发天体的探测

6.学生研讨、研究小课题结果报告和讨论(4学时)

参考文献

参考文献:
1.Foundation of high-energy astrophysics, by Mario Vietri (MV) University of Chicago Press, 2008. ISBN: 978-0-226-85569
2.The High-Energy Universe, by P. Meszaros (PM) Cambridge University Press, 2010, ISBN: 978-0-521-51700
3.The Universe in X-rays, by J.E. Truemper and G. Hasinger (TH) Springer-Verlag, 2008, ISBN: 978-3-540-34411
4.Accretion Power in Astrophysics, by J. Frank, A. King, and D. Raine (FKR) Cambridge University Press, 2002, ISBN: 978-0-521-620538
5.Compact stellar X-ray sources, by W.H.G. Levin and M. van der Klis (LK) Cambridge University Press, 2006, ISBN 978-0-521-82659
6.Astrophysics Processes, by Hale Bradt (BH), Cambridge University Press, 2008, ISBN 978-0-511-45530-8