宇宙大尺度结构的形成PDF电子书下载

第1章 现代宇宙学的诞生与观测基础 1

1.1 从远古人类的宇宙观到现代宇宙学 1

1.2 现代宇宙学的观测基础 6

1.2.1 星系的大尺度空间分布 7

1.2.2 星系距离与红移的关系 9

1.2.3 宇宙微波背景辐射 13

1.2.4 宇宙中的元素丰度 17

1.2.5 宇宙的年龄 19

1.2.6 宇宙中的物质组成 25

1.2.7 两个重要的数量比——重子／光子与反物质／物质 30

第2章 Friedmann宇宙模型 33

2.1 宇宙学原理与Robertson-Walker度规 33

2.2 Friedmann方程 36

2.2.1 基本形式的Friedmann方程 37

2.2.2 包括真空能量的Friedmann方程 39

2.2.3 减速参数q0 42

2.3 宇宙学红移与视界 43

2.4 宇宙的年龄 47

2.5 宇宙学距离 49

第3章 宇宙热历史概述 53

3.1 从辐射为主到物质为主 53

3.2 宇宙的创生——普朗克时期 57

3.3 宇宙暴胀 59

3.3.1 标准宇宙学模型的两大疑难 59

3.3.2 宇宙暴胀机制简介 62

3.4 强子时期和轻子时期 68

3.5 轻元素核合成 70

3.6 复合时期 73

3.6.1 复合过程电离率的演化 75

3.6.2 最后散射面与最后散射层 78

3.6.3 辐射与重子物质之间的热平衡 79

3.7 星系形成 82

3.8 关于宇宙暗能量的一个讨论 83

第4章 密度扰动的线性演化 86

4.1 Jeans引力不稳定性理论 87

4.2 密度扰动的演化——尘埃宇宙 90

4.3 密度扰动的演化——辐射为主的宇宙 94

4.4 密度扰动的演化——一般形式的物态方程 96

4.5 物质与辐射混合流体中的Jeans质量 97

4.6 视界质量与阻尼质量 99

4.7 广义相对论的密度扰动演化方程 102

4.8 辐射扰动的光子碰撞方程（Boltzmann方程） 112

4.9 重子与辐射耦合的动力学方程——平面波展开 115

4.10 线性转移函数与密度扰动功率谱 119

4.10.1 线性转移函数 119

4.10.2 密度扰动功率谱 122

4.10.3 质量涨落方差 124

4.10.4 原初扰动的产生和原初功率谱 125

4.10.5 关于扰动模式的附注 127

第5章 宇宙微波背景辐射的各向异性 129

5.1 CMB温度涨落的统计描述 129

5.2 大角尺度上的各向异性：Sachs-Wolfe效应 135

5.3 中等角尺度上的各向异性：Doppler峰与声峰 137

5.4 小角尺度上的各向异性 140

5.5 视线方向随时间变化的引力势的影响 140

5.6 Sunyaev-Zel'dovich效应 141

5.7 星系际介质再电离对CMB的影响 142

5.8 CMB的偏振 143

第6章 扰动的非线性演化 147

6.1 球对称坍缩模型 147

6.2 Press-Schechter质量函数 152

6.3 Zel'dovich近似：“薄饼”模型 162

6.4 N体数值模拟与数值流体动力学方法简介 164

第7章 密度扰动场及星系分布的统计性质 169

7.1 宇宙密度扰动场的统计分析 169

7.1.1 Gauss随机场及其统计性质 169

7.1.2 扰动峰的数密度 173

7.1.3 缓变背景场中峰的数密度的变化 181

7.1.4 密度峰及星系的相关函数 182

7.1.5 星系形成的偏置与偏置参数 185

7.1.6 密度峰的轮廓和密度分布 188

7.1.7 低维密度场的统计性质 189

7.2 星系的本动速度与红移空间的畸变 193

7.2.1 星系的本动速度 193

7.2.2 星系本动速度引起的红移空间畸变 197

第8章 高红移宇宙 199

8.1 宇宙第一代天体的形成 199

8.1.1 暗物质晕的位力平衡 199

8.1.2 暗晕中重子气体的冷却和坍缩 203

8.1.3 暗晕中恒星的形成 211

8.1.4 星族Ⅲ和早期黑洞 214

8.1.5 星系的化学演化 217

8.1.6 星系的并合 221

8.1.7 星系形成中的downsizing问题 222

8.2 高红移天体与星系际介质 224

8.2.1 类星体 224

8.2.2 Gunn-Peterson检验 227

8.2.3 宇宙再电离的历史 232

8.2.4 第一代天体的反馈作用 236

第9章 引力透镜 239

9.1 引力透镜的几何原理 240

9.2 引力透镜的观测 248

附录A 热暗物质（有质量中微子）扰动的演化 256

A.1 非相对论处理：Vlasov方程 257

A.2 严格相对论处理与近似方法 261

附录B 密度扰动峰的n点相关函数 265

参考书目 269

参考文献 270