招生方向(详见“研究领域”)和相关导师
1. 宇宙学与星系物理
指导老师:何子山,吴学兵,于清娟,江林华,王然,彭影杰,王菁,Kohei Inayoshi,姜方周,上官晋沂
2. 星际介质、恒星和行星
指导老师:张华伟,Gregory Herczeg,东苏勃,董若冰,王科,王力乐,邓李才(兼职),李菂(兼职)
3. 引力和高能天体物理
指导老师:何子山,吴学兵,徐仁新,刘富坤,李立新,于清娟,黎卓,东苏勃,王然,李柯伽,陈弦,邵立晶
4. 粒子与核天体物理
指导老师:徐仁新,李立新,黎卓,李柯伽,韩金林(兼职)
5. 天体物理技术和应用
指导老师:李柯伽
博士生课程设置
1. 必修课:天体物理辐射过程、天体物理动力学、恒星结构和演化、弥散介质天体物理学、星系物理学、宇宙学及星系形成、天文论文写作
(1)天体物理辐射过程
课程简介:
本课程是天体物理专业研究生的核心课程。无论从事哪个天体物理研究方向,观测还是理论研究,辐射过程都是须掌握的基础理论知识。本课程目的是使学生掌握天体的各种主要电磁波辐射机制,以及传播的辐射转移过程,为后续从事天体物理研究打下理论基础。要求学生具有电动力学、狭义相对论、统计力学和量子力学的基础。
主要内容:
1. 辐射转移:辐射转移方程,发射系数,吸收系数,热辐射,爱因斯坦系数,(扩展的)基尔霍夫定律,散射效应,辐射扩散;
2. 辐射场理论:麦氏方程组,平面波,辐射谱,偏振和Stokes参数;
3. 运动电荷的辐射:李纳-维谢势,速度场和辐射场,汤姆逊散射,辐射反作用力,束缚粒子辐射和散射;
4. 等离子体效应:电磁波传播中的色散,法拉第旋转,切仑科夫辐射;
5. 狭义相对论效应:洛伦兹变换回顾,电磁现象的协变性,匀速运动电荷的电磁场,相对论粒子辐射的总功率和角分布;
6. 轫致辐射:非相对论单电子的轫致辐射,热轫致辐射及自由-自由吸收,相对论电子轫致辐射;
7. 同步加速辐射:总功率,回旋辐射与同步辐射,幂率电子的辐射能谱指数,同步辐射的能谱和偏振,同步辐射自吸收;
8. 康普顿散射:散射截面,散射中的能量转移,逆康普顿功率,逆康普顿能谱,康普顿Y参数,多次相对论逆康普顿散射光子能谱,非相对论多次散射的Kompaneets方程;
9. 复合—级联过程:复合截面,复合速率系数,复合过程的连续辐射,复合线发射系数,发射线辐射转移;
10. 电子碰撞激发—退激发:碰撞激发截面,碰撞强度,统计平衡方程,禁线,禁线强度与电子温度和密度关系。
(2)天体物理动力学
课程简介:
本课程是天体物理专业研究生的核心课程。引力是天体物理中最基本的物理过程之一,动力学在宇宙中不同尺度,从太阳系到星系乃至宇宙大尺度结构,均起着重要作用。本课程主要介绍引力系统中天体的运动学、引力系统的动力学形成和演化、及相关天文现象。通过本课程学习,希望学生能够掌握现代天体物理动力学中的基本概念和理论,了解相关天文现象、研究方法和未解之题,为科学研究打下理论基础。
主要内容:
简介;势场理论;运动轨道;无碰撞平衡系统;稳定性、盘动力学、和旋涡结构;碰撞系统;系统的碰撞和并合;宇宙结构形成;前沿主题。
(3)恒星结构和演化
课程简介:
本课程是天体物理专业研究生的核心课程。学生将学习恒星结构与演化相关的基本恒星物理概念,也包括流体动力学、量子物理和核物理的基本知识。这些都是天体物理各个领域的研究都需要的基本概念。除此之外,学生也将获得天体物理的一些基本技能,例如量级估计和数值计算程序编写。
主要内容:
简介;流体静力学平衡;维里定理;能量守恒;对流;状态方程;不透明度;核反应;多方球模型;主序恒星;主序恒星演化;恒星形成;原恒星。
(4)弥散介质天体物理学
课程简介:
本课程帮助学生全面理解弥散介质的性质,包括在银河或其他星系中的分布;不同组分的温度、密度、电离度等条件;其动态演化;跟恒星形成的关联;等等。
主要内容:
1. 星际介质基础,包括课程概论,粒子碰撞简单模型和碰撞截面,热动平衡中粒子数密度比,原子能级量子数计数方法,分子转动能级、振动能级量子数计数方法,爱因斯坦系数及其之间关系,吸收系数和光深,脉泽现象;
2. 星际介质辐射场的发射和吸收,包括中性介质谱线的发射和自吸收,吸收线等值宽度与光深,自由-自由辐射,射电波传播的色散和法拉第旋转;
3. 气体的激发、电离、复合,包括电离过程和复合过程,HII区的形成过程和特性,碰撞激发过程及临界密度,温度、密度、金属丰度、电离度的测量等;
4. 不同态的星际介质及其温度,包括尘埃、分子氢、原子氢、温电离氢、热电离氢的主要辐射冷却方式和冷却时标。激波的产生,超新星爆发对介质环境的影响,星际介质引力塌缩形成恒星的基本过程。
(5)星系物理学
课程简介:
本课程将学习天体物理研究中最重要和最受欢迎的领域之一:星系演化和形成。涵盖的内容包括:星系分类、统计特性、标度关系、星系转换和淬灭、星系暗物质晕关系、恒星种群以及观测与模拟的比较。通过本课程的学习,希望学生能够掌握星系演化研究的基本概念、理论模型、主要观测方法和重要问题。本课程的目标是为该领域的研究奠定基础,并了解该天文研究领域的驱动问题。
主要内容:
1. 概述:标准ΛCDM宇宙模型,宇宙演化的里程碑,暗物质;
2. 密度扰动的线性增长:线性化流体方程,重子扰动;
3. 非线性结构形成:功率谱、传递函数、功率谱归一化(质量方差)、球对称坍缩、宇宙学金斯质量;
4. 非线性结构形成:暗物质晕结构、暗物质晕丰度、Press-Schechter公式、暗物质晕组装历史、合并树、扩展的Press-Schechter公式、晕偏好;
5. 非线性结构形成:暗物质和星系的非线性功率谱,晕模型;
6. 大尺度结构:宇宙网、潮汐张力、Zeldovich近似、潮汐力矩理论;
7. 小尺度结构:暗物质子晕、卫星星系、动力摩擦、潮汐演化、气体的冲撞压力剥离;
8. 气体冷却与加热;
9. 恒星形成;
10. 恒星级反馈:恒星风、超新星;
11. 盘星系的结构和形成:盘形成,盘不稳定性;
12. 椭圆星系的结构和形成:星系合并,超大质量黑洞—核球关系;
13. 活动星系核和超大质量黑洞。
(6)宇宙学及星系形成
课程简介:
本课程为天体物理专业研究生必修课。本课程内容为介绍现代星系宇宙学的主要理论和观测,包括宇宙的膨胀、宇宙的热历史、原初核合成、暴胀宇宙、星系与大尺度结构形成、微波背景辐射、引力透镜、暗物质与暗能量、星系形成和演化中的基本过程等。学生能掌握现代宇宙学及星系形成的基本概念、理论模型、主要观测方法和重要结果,了解主要的研究手段、未解决的问题和研究方向,为进一步学习天体物理、理论物理和从事专业研究打下基础。
主要内容:
1. 引论:宇宙的认识过程,天文观测和星系的基本知识,研究的基本方法;
2. 宇宙的膨胀:宇宙学基本原理,牛顿宇宙学,广义相对论宇宙学,Friedman-Robertson-Walker 度规,Friedmann方程和宇宙膨胀的动力学,宇宙学的观测检验,视界,暴胀宇宙学,宇宙学红移和宇宙学参量的测量,暗物质和暗能量的基本概念;
3. 宇宙的热历史:宇宙微波背景辐射,热平衡与退耦,黑体辐射谱,再电离与Sunyaev-Zeldovich 效应,原初核合成,基本的核元素丰度,中微子,冷暗物质退耦,正反物质及重子和轻子的合成问题;
4. 微波背景辐射:复合过程,光子退耦,宇宙微波背景的观测和视界问题,宇宙微扰理论,辐射为主和物质为主期的扰动演化,宇宙微波背景功率谱,声学振荡;
5. 暗物质与暗能量及宇宙学探测:超对称暗物质模型,暗物质存在的观测证据,暗能量模型和暗能量模型的检验,数据分析方法简介,强引力透镜、弱引力透镜和微引力透镜,引力透镜的基本方程;
6. 星系与宇宙大尺度结构:星族和星系演化,大尺度结构的关联函数与功率谱,微扰的线性增长,星系的本动速度与红移畸变,球对称塌缩,暗物质晕模型,重子声学振荡,N体模拟方法;
7. 星系形成和演化的核心问题和前沿研究:星系的基本性质和观测,星系形成和演化的基本理论,星系宇宙学数值模拟,星系的前沿研究和观测。
2. 选修课:天体物理流体动力学、高能天体物理、计算天体物理、活动星系核、致密星物理、行星天文、引力波天体物理学、射电天文学、广义相对论与天体物理、天文数据处理、天文无线电技术基础、天文测距导论、天文文献阅读、天体物理前沿