Астрофизика высоких энергий - Иркутский государственный

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
(ГОУ ВПО ИГУ)
КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
Утверждена Советом
физического факультета
«____»____________200_ г.
председатель Совета,
профессор Ю. В. Аграфонов
_____________________
ПРОГРАММА
курса
АСТРОФИЗИКА ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ
для специальности 010400 - Физика
специализация – теоретическая физика
ИРКУТСК 2005
Содержание курса
(4 курс, VIII семестр)
1. Вводный очерк строения вселенной. Звезды, галактики, скопления и сверхскопления
галактик. Активные галактические ядра, гамма-барстеры. Новые и сверхновые звезды,
двойные звезды, пульсары. Черные дыры. Межзвездная среда и физические процессы
в ней. Космические лучи. Задачи астрофизики высоких энергий.
2. Космологический принцип. Закон Хаббла. Уравнения Эйнштейна, космологическая
постоянная. Пространства с кривизной, метрика Робертсона-Уокера. Уравнения
Фридмана, космологические модели (Эйнштейна-де Ситтера, закрытая и открытая
вселенные). Решения уравнений Фридмана для радиационно- и вещественнодоминантной эпох. Роль космологической постоянной.
3. Теория Большого Взрыва. Четыре столба, на которых стоит гипотеза БВ: уравнения
Фридмана, хаббловское раширение, распространенность легких элементов, открытие
равновесного фона микроволнового излучения с T~3 K. Очерк истории ранней
вселенной. Шкала время-температура. Реликтовые излучения (нейтрино, фотоны).
Нуклеосинтез в горячей вселенной. Роль нейтрино в нуклеосинтезе.
4. Крупномасштабная структура вселенной. Анизотропия реликтового излучения.
Необходимость темной материи. Гипотетические источники темной материи. Три
проблемы темной материи. Темная энергия. Квинтэссенция.
5. Проблемы стандартной модели Большого Взрыва. Инфляционные сценарии
расширения вселенной.
6. Эволюция звезд. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Источники звездной энергии.
Солнце.
7. Астрофизика космических лучей. Происхождение КЛ, механизмы ускорения
заряженных частиц. Гипотетические источники КЛ: а) пульсары; б) двойные звезды; в)
остатки сверхновых; г) активные галктические ядра ; д) источники гамма-всплесков
8. Энергетический спектр и состав первичного космического излучения,
регистрируемого на Земле. Распространенность ядер в КЛ и в среднем во
Вселенной. Антипротоны и антиядра в первичном космическом излучении. Электронпозитронная компонента КЛ. Проблема излома первичного спектра и химического
состава КЛ.
9. Стохастические механизмы (Ферми 1-го и 2-го порядка) ускорения заряженных частиц
в астрофизических источниках. Показатель спектра КЛ и максимально достижимая
энергия при ускорении частиц на фронтах ударных волн, генерируемых во вспышках
сверхновых.
10. Поведение спектра КЛ при сверхвысоких энергиях. Механизм Грейзена-ЗацепинаКузьмина (ГЗК) обрезания спектра КЛ. Данные о КЛ при энергиях выше порога ГЗК.
Гипотетические механизмы генерации КЛ сверхвысоких энергий. Топологические
дефекты (монополи, космические струны, текстуры, испарение черных дыр). О
возможной роли нейтринного гало Галактики.
11. Взаимодействие космических лучей с атмосферой Земли. Широкие атмосферные
ливни, ядерный каскад, электронно-фотонные ливни.
12. Детекторы и телескопы для регистрации КЛ, гамма-излучения и нейтрино. Принципы
регистрации КЛ высоких и сверхвысоких энергий. Проектируемые гигантские
детекторы космического излучения сверхъвысоких энергий.
Литература
1. Г.В. Клапдор-Клайнгротхаус, К. Цюбер. Астрофизика элементарных частиц, М.:
УФН, 2000.
2. Хаякава С. Физика космических лучей . Часть I. Ядерно-физический аспект. М.: Мир,
1973.
3. Хаякава С. Физика космических лучей . Часть II. Астрофизический аспект. М.: Мир,
1973.
4. Мурзин В.С. Введение в физику космических лучей . М.: МГУ, 1983.
5. Березинский В.С. и др. . Астрофизика космических лучей. М.: Наука, 1990.
6. Лонгейр М. . Астрофизика высоких энергий. М.: Мир, 1984.
7. J. Rich, Fundamentals of comology, Springer-Verlag, New-York Berlin Heidelberg 2001.
8. Harwit M. Astrophysical Concepts. Springer-Verlag, New-York Berlin Heidelberg 2000.
9. S. Khalil, C. Minoz, The enigma of the dark matter, hep-ph/0110122.
10. А. Д. Чернин, Космический вакуум, УФН 171 (2001) 1153-1175.
11. N. Straumann, The mystery of the cosmic vacuum density and the accelerated expansion of
the Universe, arXiv: astro-ph/0009368 ;Eur.J.Phys.20:419-427,1999. arXiv: astroph/9908342.
12. M.S. Turner, The dark side of the universe: from Zwicky to accelerated expansion. Phys.
Reports 333-334 (2000) 619-635.
13. L. Bergström, Non-baryonic dark matter: observational evidence and detection methods,
Rep. Prog. Phys. 63 (2000) 793-841.
14. Бедняков В.А. О происхождении химических элементов. Физика элементарных
частиц и атомного ядра. 2002. Т. 33, вып. 4. С. 915-961.
Составил проф. С. Синеговский