氘核迅速捕获中子形成氚（3H），再与质子结合为氦-3（3He），最终两个氦-3结合为氦-4（?He）并释放两个质子。

    由于中子数量有限（n/p比约1/7），氦-4的丰度稳定在约25%（质量分数）。

     锂-7（?Li）少量生成：通过3H+?He→?Li+γ或3He+?He→?Be+γ等反应生成，但后续的光子衰变会部分破坏锂-7，最终丰度约为10^{-10}（质量分数）。

     原初核合成的理论预测与观测到的宇宙轻元素丰度（如氦-4的24%、氘的2.5×10??）高度吻合，成为大爆炸理论的重要验证。

     2.6光子退耦与宇宙透明化（1秒～38万年）：黑暗时代的终结 在核合成结束后，宇宙仍处于高温等离子体状态（质子、电子、光子剧烈碰撞），光子被自由电子散射（汤姆逊散射），无法自由传播，宇宙是“不透明”的。

     当温度降至约3000K（大爆炸后约38万年），电子与质子的热运动能量不足以克服氢原子的电离能（13.6eV），大量电子与质子结合形成中性氢原子（复合过程，Rebination）。

    此时，光子与物质的相互作用大幅减弱，开始在宇宙中自由传播，标志着“光子退耦”（Decoupling）。

     这些退耦的光子形成了我们今天观测到的宇宙微波背景辐射（CMB），其黑体谱峰值对应温度约2.725K，波长集中在微波波段（因此得名）。

    CMB的温度涨落（约10^{-5}K）记录了复合时期宇宙的密度扰动，这些扰动在引力作用下逐渐增长，最终形成星系、星系团等大尺度结构。

     在光子退耦后至星系形成前的约1亿年，宇宙中没有可见光（恒星尚未形成），只有中性氢原子和中微子，这段时期被称为“黑暗时代”（DarkAges）。

     2.7结构形成时期（38万年～至今）：从原初扰动到星系网络 黑暗时代的结束以第一代恒星（第三星族星，PopulationIII）的形成为标志。

    这些恒星由原初扰动增强的中性氢云在引力作用下坍缩形成，质量可达太阳的数百倍甚至数千倍，表面温度极高（约10^5K），发出强烈的紫外辐射。

     恒星的形成开启了“再电离时代”（ReionizationEra）：紫外光子将中性氢原子的电子电离，使宇宙重新变得“透明”（对紫外光透明）。

    通过观测高红移类星体的光谱（其莱曼α吸收线显示中性氢柱密度下降），天文学家推断再电离主要发生在宇宙年龄约1亿至10亿年之间。

     这章没有结束，请点击下一页继续阅读！ 在接下来的130亿年中，宇宙经历了以下关键演化： 恒星演化：小质量恒星（如太阳）通过核聚变将氢转化为氦，最终演化为白矮星；大质量恒星以超新星爆发结束生命，抛射重元素（如碳、氧、铁）并形成中子星或黑洞。

     星系形成：暗物质晕（由暗物质主导的引力势阱）吸引普通物质（气体、恒星），形成螺旋星系（如银河系）、椭圆星系（如M87）等不同类型。

     星系团与超星系团：星系通过引力相互吸引，形成更大的结构（如室女座超星系团，包含约100个星系团）。

     宇宙加速膨胀：约60亿年前，暗能量（一种具有负压强的神秘能量）的主导作用超过物质，宇宙膨胀速率开始加速（由Ia型超新星观测证实）。

     第三章可观测宇宙的天体图谱：从微观粒子到宇宙结构 可观测宇宙中包含约2万亿个星系，每个星系平均有1000亿至1万亿颗恒星。

    这些天体根据物理性质和形态可分为多个层次，共同构成复杂的宇宙结构网络。

     3.1行星：宇宙的基本能量单元（与恒星的对比） 行星是围绕恒星运行的天体，自身不发光（除褐矮星外），通过反射恒星的光被观测到。

    太阳系内的八大行星（水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星）是研究行星的“实验室”，而系外行星的发现则拓展了我们对行星系统的认知。

     类地行星（岩石行星）：如地球、火星，主要由硅酸盐岩石和金属核心组成，密度高（地球密度5.5g/cm3），体积小（直径约1.2万～1.5万公里）。

     类木行星（气态巨行星）：如木星、土星，主要由氢、氦组成，没有明确的固体表面，密度低（木星密度1.33g/cm3），体积大（木星直径约14万公里）。

     冰巨星：如天王星、海王星，含有大量水、氨、甲烷等冰物质，介于类地行星与类木行星之间。

     系外行星的发现始于1995年（飞马座51b），目前已发现超过5000颗。

    其中，TRAPPIST-1系统拥有7颗类地行星，3颗位于宜居带内，是寻找外星生命的重要目标。

     3.2恒星：宇宙的核反应工厂 恒星是可观测宇宙中最基本的天体，其核心通过核聚变将轻元素转化为重元素，释放能量。

    恒星的演化由其质量决定： 小质量恒星（M＜0.5M_☉）：寿命长达数万亿年（远超当前宇宙年龄），最终缓慢冷却为黑矮星（目前尚未观测到，因宇宙年龄不足）。

     中等质量恒星（0.5M_☉≤M≤8M_☉）：如太阳，主序阶段约100亿年，最终抛射外层形成行星状星云，核心坍缩为白矮星（由电子简并压支撑）。

     大质量恒星（M＞8M_☉）：主序阶段仅数百万至数千万年，核心依次进行氢→氦→碳→氧→硅→铁的聚变（铁聚变吸热，无法释放能量），最终核心坍缩引发Ⅱ型超新星爆发，外层物质被抛射，核心形成中子星（由中子简并压支撑）或黑洞（无简并压支撑，引力无限坍缩）。

     3.3致密天体：恒星死亡的“墓碑” 当大质量恒星耗尽核燃料，其核心会在引力作用下坍缩，形成致密天体： 白矮星：质量与太阳相当（约1.4M_☉以下，钱德拉塞卡极限），直径仅约1万公里（地球大小），密度高达10^9kg/m3（1吨/立方厘米）。

    天狼星B（天狼星A的伴星）是最着名的白矮星，其轨道运动帮助验证了广义相对论（1915年爱因斯坦通过其引力红移现象首次验证）。

     中子星：质量约1.4～3M_☉（奥本海默-沃尔科夫极限），直径仅约20公里，密度高达10^{17}kg/m3（原子核密度）。

    中子星的自转极快（如蟹状星云脉冲星，自转周期33毫秒），磁轴与自转轴不重合时，会释放周期性电磁脉冲（射电、X射线、γ射线），成为研究中子星物理的“灯塔”。

     黑洞：质量超过3M_☉的天体，引力强大到连光都无法逃脱。

    黑洞的边界称为“事件视界”，其半径（史瓦西半径）r_s=2GM/c^2。

    例如，太阳若坍缩为黑洞，史瓦西半径仅约3公里；银河系中心的超大质量黑洞人马座A（SgrA）质量约430万倍太阳质量，事件视界半径约1200万公里（约0.08天文单位）。

     3.4星系：恒星的“宇宙城市” 星系是由恒星、星际气体、尘埃和暗物质组成的巨大系统，直径从数千光年（矮星系）到数十万光年（椭圆星系）不等。

    根据形态，星系可分为三类： 螺旋星系（如银河系、仙女座星系M31）：具有旋转的盘状结构，包含旋臂（恒星形成活跃区）、核球（中央密集恒星区）和晕（暗物质与稀疏恒星分布）。

    银河系的直径约10万光年，包含约2000亿颗恒星，太阳位于距银心约2.6万光年的猎户臂。

     这章没有结束，请点击下一页继续阅读！ 椭圆星系（如M87）：呈椭球形，缺乏明显的盘状结构，恒星形成活动极弱（气体已被耗尽或吹走），主要由年老恒星组成。

    椭圆星系的质量跨度极大，从矮椭圆星系（10^8M_☉）到巨椭圆星系（10^{13}M_☉）。

     不规则星系（如小麦哲伦云）：无规则形状，通常因与其他星系的引力相互作用（潮汐力）导致形态扭曲，恒星形成活动活跃（富含气体）。

     3.5星系团与超星系团：宇宙的大尺度结构 星系并非均匀分布，而是通过引力聚集形成更大的结构： 星系群：最小的星系团，包含约50个星系（如本地群，包含银河系、仙女座星系和三角座星系）。

     星系团：包含数百至数千个星系，总质量约10^{14}～10^{15}M_☉（如室女座星系团，距地球约5000万光年，包含约1300个星系）。

     超星系团：由多个星系团和星系群组成，规模达数千万光年（如室女座超星系团，包含本地群和室女座星系团，直径约1.1亿光年）。

     宇宙长城与空洞：通过星系巡天（如斯隆数字巡天SDSS）发现，宇宙大尺度结构呈现“长城”（密集星系分布）与“空洞”（几乎无星系的巨大区域，直径可达数亿光年）交替的模式，这是宇宙初始密度涨落在引力作用下演化的结果。

     3.6暗物质与暗能量：不可见的宇宙主宰 可观测宇宙中，普通物质（原子、分子）仅占约4.9%，暗物质约占26.8%，暗能量约占68.3%（普朗克卫星2018年数据）。

    暗物质和暗能量是现代宇宙学的最大谜题。

     暗物质：不发射、吸收或散射电磁波，只能通过引力效应间接探测。

    证据包括：①星系旋转曲线（外围恒星速度远高于可见物质引力所能维持的速度）；②引力透镜（光线经过大质量天体时弯曲，观测到的透镜效应强于可见物质贡献）；③CMB的温度涨落（需要暗物质的存在才能匹配理论模型）。

    暗物质的主要候选者包括弱相互作用大质量粒子（WIMP，如中性微子）、轴子（极轻标量粒子）等，但尚未被直接探测到。

     暗能量：具有负压强的神秘能量，导致宇宙加速膨胀。

    1998年，通过观测Ia型超新星（标准烛光）的距离-红移关系，科学家发现遥远超新星的亮度比预期暗，说明宇宙膨胀在约60亿年前开始加速。

    暗能量的本质可能与真空能（爱因斯坦场方程中的宇宙学常数\Lambda）有关，或是一种动态场（精质，Quintessence）。

    目前对暗能量的研究仍处于初级阶段，其性质将决定宇宙的最终命运。

     第四章观测宇宙学的革命：从望远镜到多信使天文学 人类对可观测宇宙的认知史，本质上是一部观测技术的进步史。

    从伽利略的折射望远镜到詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST），从射电望远镜阵列到引力波探测器，技术的突破不断拓展我们的认知边界。

     4.1电磁窗口：从可见光到多波段观测 电磁辐射按波长分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。

    不同波段的电磁波穿透宇宙介质的能力不同，揭示不同的天体物理过程： 无线电波：用于探测中性氢（21厘米线）、分子云（如星际有机分子）、脉冲星（高速旋转的中子星）和类星体（活跃星系核）。

    典型案例：FAST（500米口径球面射电望远镜）发现了数百颗脉冲星。

     红外线：穿透尘埃云，观测恒星形成区（如猎户座大星云）、星系核（尘埃遮挡的活跃星系）和早期宇宙（高红移星系的光学/紫外光被红移到红外波段）。

    JWST的中红外仪器（MIRI）已探测到z≈13的星系（大爆炸后约3亿年）。

     X射线与γ射线：揭示高能过程，如黑洞吸积盘（X射线耀斑）、超新星遗迹（X射线辐射）、γ射线暴（宇宙中最剧烈的爆炸，可能来自双中子星合并或超大质量恒星坍缩）。

     4.2引力波天文学：聆听宇宙的“声音” 引力波是时空的涟漪，由大质量天体的加速运动（如双黑洞合并、双中子星合并）产生。

    2015年，LIGO（激光干涉引力波天文台）首次直接探测到双黑洞合并产生的引力波（GW），开启了多信使天文学的新时代。

     引力波的优势在于： 穿透性：不受电磁干扰，可直接探测黑洞、中子星等致密天体（这些天体在电磁波段可能“不可见”）。

     时间分辨率：引力波信号的时间戳精确到毫秒级，可用于精确测量宇宙膨胀率（通过标准汽笛法