在当今的天文学和物理学中，天体物理占有极其重要的地位。随着多信使（包括电磁波、中微子和引力波等）天文学的发展，人类对浩瀚宇宙的认识进入一个新的阶段。为适应这一历史潮流，在物理类学生中普及天体物理知识，对天体物理的综合性介绍是其第一步，也是《天体物理导论》的目的。本教材旨在向天文、物理专业本科生或研究生概括性地介绍天体物理学科，培养他们基本的天体物理素质，是进一步学习其他相关课程的基础。第二版与第一版相比，增加了天体物理最新的发展内容的介绍。
徐仁新
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徐仁新，1967年出生，北京大学物理学院教授；1997年获北京大学理学博士学位。从事天体物理学的教学和科研工作，关注致密物质及其若干天体物理表现。研究工作围绕若干大科学工程展开，课题涉及脉冲星、伽玛暴、快速射电暴、引力波、超新星、宇宙线等方面。
来小禹
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来小禹，1983年出生，湖北第二师范学院教授；2010年获得北京大学理学博士学位。在从事物理学和天文学教学的同时，结合丰富的天文观测研究致密星内部的物质状态。此外，通过研究早期宇宙QCD相变的可能天体物理后果来探讨强相互作用物质的性质。
第一章 概论 · 1
1.1 地球与太阳系 · 1
1.1.1 地球的参数 1
1.1.2 一道几何题:几何法测距 2
1.1.3 太阳系内天体 3
1.2 恒星与银河系 6
1.2.1 HR图 6
1.2.2 非几何法测距:物理测距法 6
1.2.3 银河系 7
1.3 星系世界 · 9
1.3.1 星系距离 · 9
1.3.2 星系空间分布 10
1.3.3 星系的形态分类—— Hubble分类 · 10
1.3.4 正常星系与活动星系 10
1.3.5 星系旋转曲线,暗物质的存在 11
1.4 天体物理中的重大疑难问题 14
1.5 天文观测设备与展望 16
第二章 辐射——认识宇宙的重要窗口 17
2.1 热辐射,黑体谱与线谱 18
2.2 典型的非热辐射——荷电粒子作加速运动时产生的辐射 20
2.3 回旋辐射,同步辐射,曲率辐射 21
2.3.1 回旋辐射(cyclotron radiation): β ? 1 · 21
2.3.2 同步辐射(synchrotron radiation): γ à 1 23
2.3.3 强磁场中荷电粒子的Landau能级 25
2.3.4 曲率辐射(curvature radiation) 28
2.4 Compton散射与逆Compton散射 30
2.4.1 Compton散射, Eddington光度 30
2.4.2 逆Compton散射 31
2.5 轫致辐射 · 33
2.6 Cherenkov辐射 33
2.7 传能与传能方程简介 35
第三章 磁化等离子体—— 99%以上宇宙正常物质的状态 38
3.1 天体磁场的普遍性 · 38
3.2 等离子体中的电磁作用 40
3.2.1 Debye长度 41
3.2.2 等离子体频率 42
3.3 磁流体力学 · 43
3.3.1 磁流体力学方程组 43
3.3.2 Lorentz力· 44
3.3.3 感应方程 46
3.4 天体磁场起源的发电机理论简介 · 47
3.5 宇宙线及其加速过程 49
第四章 主序恒星——绝大多数肉眼所见的点点繁星 53
4.1 恒星演化概貌 53
4.2 恒星的形成 · 54
4.2.1 引力不稳定性 54
4.2.2 恒星形成过程 56
4.3 球对称恒星的引力平衡与平衡态附近的振荡 57
4.3.1 恒星的流体静力学平衡 57
4.3.2 周光关系 · 58
4.3.3 状态方程 · 60
4.3.4 多方球与Lane-Emden方程 · 61
4.4 恒星内部的核燃烧过程 63
4.4.1 核燃烧的条件 63
4.4.2 反应率与产能率 66
4.4.3 比铁轻元素的核合成过程 67
4.4.4 比铁重元素的核合成过程 69
4.5 主序恒星的结构方程 · 72
4.6 旋转恒星的平衡位形: Maclaurin椭球 72
4.7 双星系统中恒星质量的测定 · 74
第五章 白矮星——恒星演化残骸之一 78
5.1 Fermi子星的研究历史 78
5.2 白矮星物质的状态方程 81
5.2.1 非相对论(NR)极限情形 82
5.2.2 极端相对论(ER)极限情形 83
5.2.3 一般情形 · · 83
5.2.4 BPS状态方程 85
5.3 Fermi子星的极限质量—— Chandrasekhar质量 85
5.3.1 半定量考虑 85
5.3.2 白矮星结构模型与Chandrasekhar极限质量· 88
5.4 白矮星的结构与冷却 90
5.4.1 大气模型 90
5.4.2 冷却模型 91
5.5 行星状星云与白矮星的形成 93
第六章 超新星——主序星临终前“回光返照” · 96
6.1 超新星简介及其观测特性 · 96
6.2 超新星爆发机制:不稳定核燃烧 · 98
6.2.1 简并物质核燃烧是不稳定的 98
6.2.2 燃烧过程 99
6.2.3 超新星宇宙学 · 102
6.3 超新星爆发机制:引力坍缩 104
6.3.1 导致铁核坍缩的因素 105
6.3.2 铁核坍缩的中微子过程 · 106
6.3.3 反弹激波与瞬时爆 108
6.3.4 延迟爆 · 109
6.4 超新星遗迹 · 110
6.5 超新星SN1987A 111
第七章 脉冲星、中子星与奇异星——恒星演化残骸之二 113
7.1 脉冲星类致密星及其形成、冷却 115
7.1.1 各类脉冲星类致密星 115
7.1.2 中子星的形成与冷却 116
7.2 中子星与奇异星模型 118
7.2.1 质量-半径关系 · 118
7.2.2 中子星的结构 121
7.2.3 强磁场中的物质与中子星表层 · 123
7.2.4 奇异星的结构 · · 125
7.3 转动供能脉冲星（rotation-powered pulsar） · 128
7.3.1 磁偶极辐射与相关观测量（μ⊥主导） 129
7.3.2 单极感应 · 130
7.3.3 旋转磁偶极导电球产生电四极场（μk主导） 131
7.3.4 脉冲星辐射轮廓与唯象模型 · 135
7.3.5 脉冲星辐射模型 · · 136
7.3.6 脉冲星制动指数问题 · 137
第八章 黑洞——广义相对论预言的天体 139
8.1 相对论简介 140
8.1.1 平直时空——狭义相对论 140
8.1.2 弯曲时空——广义相对论 142
8.1.3 物质分布决定时空结构—— Einstein场方程 144
8.2 Schwarzschild黑洞 · 145
8.2.1 Schwarzschild解 145
8.2.2 Schwarzschild时空结构· 146
8.2.3 Schwarzschild时空的主要特性: rms, z, ?α 148
8.3 其他类型的黑洞,黑洞转动能的提取 · 151
8.4 黑洞的量子效应 153
8.5 黑洞的观测证认 155
第九章 吸积——致密天体的有效产能方式 158
9.1 天体物理中的吸积过程 158
9.1.1 双星演化及其中的吸积过程 158
9.1.2 致密天体吸积能够高效地释放能量 162
9.1.3 吸积释放能量产生的光子一般在X射线或γ射线波段 163
9.2 球对称吸积——零角动量情形 · 163
9.2.1 静止介质的吸积 164
9.2.2 运动介质的吸积 164
9.3 轴对称吸积——非零角动量情形 · 164
9.3.1 一般分析 166
9.4 各类吸积盘模型简介 · 167
9.4.1 α盘的稳定性· 169
9.5 磁化中子星的盘吸积与柱吸积 169
第十章 γ射线暴和快速射电暴——宇宙中的极端爆发现象 174
10.1 GRB的研究历史和基本观测事实 175
10.2 GRB的相对论火球模型和能源机制 178
10.2.1 相对论火球模型 178
10.2.2 能源机制 · 180
10.3 FRB的基本观测事实和理论基础 181
10.4 研究展望 183
第十一章 星系——组成宇宙的基本单元 185
11.1 星系的宇宙学红移 185
11.2 引力透镜现象 · 186
11.3 活动星系与活动星系核 188
11.4 AGN的超大质量黑洞吸积图像 190
11.5 星系中心的黑洞 192
第十二章 宇宙——可观测的一切· 195
12.1 宇宙学的基本观测事实 · 195
12.1.1 大尺度上的均匀性 · 195
12.1.2 Hubble膨胀 196
12.1.3 轻元素的丰度 196
12.1.4 微波背景辐射 196
12.2 宇宙学原理与RW(Robertson-Walker)度规 · 197
12.3 宇宙膨胀动力学 · 199
12.4 宇宙的热力学演化· 201
12.4.1 真空自发破缺相变 · 201
12.4.2 暴胀及其后果· 204
12.4.3 脱耦与背景辐射 206
12.4.4 早期核合成 · 207
12.4.5 宇宙早期的“再电离”期 209
12.5 暗物质与暗能量 · 210
12.5.1 宇宙学常数 · 210
12.5.2 暗物质与暗能量 211
附录一 天球坐标和时间标准· 217
附录二 认识星空 222
附录三 Landau: “论恒星的理论” 225
附录四 粒子物理标准模型简介 · 230
附录五 中微子振荡 237
附录六 粒子天体物理简介 240
附录七 地外文明与太阳系外行星系统 · 242
附录八 数、单位制与常数 244
正文索引 · 247
参考文献
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