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内容简介

　　《中外物理学精品书系·引进系列（7）·甚高能宇宙伽马辐射：研究极端宇宙的关键窗口（影印版）》综述了宇宙伽马辐射这一现象的实验观测结果、起源的解释和蕴含的信息。其中主要探讨了宇宙射线的产生，相对论性射束的物理和天体物理，以及观测伽马射线宇宙学等研究方向。具体包括银河系内和银河系外的宇宙射线的起源、极端天体物理条件（比如正在吸积的黑洞附近）下的加速和辐射过程、伽马射线暴等瞬态现象，以及与之相关的宇宙学课题等。《中外物理学精品书系·引进系列（7）·甚高能宇宙伽马辐射：研究极端宇宙的关键窗口（影印版）》适合天文学、宇宙学、粒子物理等领域的研究者和研究生阅读。

内页插图

目录

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

中外物理学精品书系·引进系列（7）·甚高能宇宙伽马辐射：研究极端宇宙的关键窗口（影印版） [Very High Energy Cosmic Gamma Radiation:A Crucial Wind 电子书 下载 mobi epub pdf txt

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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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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。

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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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有人说，甚高能γ射线——能量超过1千亿电子伏特（eV）——是宇宙电磁波辐射的“最后窗口”。由于电磁场和强子之间的相互作用，自然界会产生大量的甚高能γ射线。这些天然加速器可以把电子、质子和核子加速到TeV（1012eV）或者PeV（1015eV）的量级。与带电粒子不同，γ射线可以自由穿行在弥漫着星系际辐射和磁场的整个宇宙中。最后，这些γ射线可以被空间或者地面的探测器探测到。这三个特征使得甚高能γ射线携带了宇宙中最高能、最剧烈现象的信息。

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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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