星系紫外深场巡天观测进展

紫外波段是星系能谱分布中的重要部分.其包含大量原子、离子和分子的共振线以及研究重要物理过程的连续辐射,提供了理论研究重要的观测限制.在星系研究中,紫外辐射追踪大质量恒星,是测量和理解宇宙中恒星形成历史的重要工具.紫外辐射也可追踪大质量黑洞吸积盘,是理解吸积物理过程的重要手段.其涉及的关键科学问题包括宇宙正午时期的恒星形成历史与星系演化、宇宙重子物质缺失、宇宙再电离能量来源以及星系吸积和外流反馈等.本文重点阐述了紫外深场巡天观测的发展现状及其在星系科学研究中发挥的作用.主要介绍了深场仪器的基本参数、深场观测的目的和任务,以及数据及科学产出,并对国内外正在计划中的未来紫外观测进行了总结和展望.     

科学家谈天文学重要方向 宇宙大尺度结构

正宇宙学是研究宇宙起源和演化的学科。近年来随着天文观测和理论的快速发展,宇宙学参数已经得到非常精确的测定,宇宙学研究进入了黄金时代。宇宙大尺度结构是宇宙学研究的重要前沿领域,主要是通过多波段巡天测绘不同时期宇宙的物质结构来研究宇宙结构形成和时间演化,从而揭示宇宙的物质组成成分以及宇宙演化物理过程、暗物质、暗能量本质等宇宙学重要问题。     

LAMOST科学观测计划

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)是由中国科学技术大学与国家天文台、南京天文光学技术研究所共同承担的国家重大科学工程项目.LAMOST在口径、视场和光纤数目三者结合上超过了目前国际上所有的多目标光谱巡天计划的装置.本文介绍了它将在河外星系、银河系结构与演化及多目标认证三方面的科学巡天计划.LAMOST的建成将对宇宙学、星系形成及演化、恒星物理等天文学中广泛的科学课题的研究做出重要的贡献.     

科学家谈天文学重要方向 星系的演化

正星系的形成和演化是天体物理的前沿领域。该领域以现代宇宙学提供的大尺度结构形成和演化的成熟理论作为基本框架,通过观测和统计研究宇宙各时期星系的形态结构、星族构成、气体吸积、恒星演化、黑洞成长、化学元素、恒星和气体动力学等物理性质及其演变过程,试图阐明宇宙中各类星系的物理起源、演化关系以及它们与宇宙大尺度结构的物理联系,从而总结出支配星系演化的普适物理规律。目前被普遍接受的星系形成理论认为,星系在暗物质晕中形成和演化,其基本图     

星系中的恒星形成活动的熄灭过程

宇宙平均恒星形成率密度在z～2达到峰值后持续下降,这意味着平均而言,星系中的恒星形成活动在逐渐减弱甚至"熄灭",这种减弱和熄灭的过程主导着过去上百亿年的星系演化历史,百亿年前占据主导地位的星爆星系在今天的宇宙中已不多见,而红星系的比例则上升为百亿年前的两倍有余.到底是哪些物理机制造成星系中恒星形成活动的熄灭?这些机制在不同的星系、环境以及宇宙时期所起的作用有何不同?这些是当前星系形成领域的关键科学问题,21世纪以来的大规模多波段图像和光谱巡天观测极大地促进了对这些问题的认识.本文试图对当前研究结果稍作总结,考虑到中央星系和卫星星系的显著区别,先对两类星系分别讨论,然后将二者综合起来,总结了导致恒星形成活动熄灭的三个主要物理过程:大质量暗物质晕中的Halo Quenching效应(下落气体激波加热、潮汐力和冲压导致的气体剥离)、棒状结构和次并合驱动的星系自演化(Morphology Quenching、活动星系核反馈)、以及中小质量星系的主并合(早型星系和经典核球的形成).需要强调的是,这种对现有观测现象的总结只能是经验性的和阶段性的,下一步既要从观测上继续深入研究(更大样本、更多波段、更高红移),以改进和完善观测结果,更重要的还要及时和充分地利用最新观测结果来检验和限制星系形成的物理模型(如半解析模型和流体动力学数值模拟).     

星系的暗晕占据分布模型

从星系巡天的观测中可以测量宇宙中星系的分布,而这些我们观测到的可见物质只占据了宇宙组分的很小一部分.如何从观测的星系分布来联系暗物质分布,建立星系与暗晕之间的关联,从而限制宇宙学参数,一直都是星系宇宙学研究领域的一大课题.本文具体介绍了描述星系空间分布的暗晕占据分布模型的主要框架和参数形式,并介绍了模型的一个简单应用.这个模型被广泛用于解释观测到的星系分布的两点相关函数,通过模型构建星系和暗晕之间关联,可以从理论上获得不同星系样本所在暗晕质量分布的信息,这对于我们理解星系形成与演化模型以及限制宇宙学参数都有着重要的意义.     

宇宙的演化及其大小的探讨

现代宇宙学认为宇宙是由一个奇点发生"爆炸"而逐渐演化形成的.本文肯定了大爆炸宇宙学说,随后讨论了宇宙是怎样由一个奇点爆炸后,经过宇宙的早期演化,产生星系、恒星、行星以及生命的过程,并运用哈勃定律分析计算了宇宙的大小.最后对宇宙的未来进行了探讨.     

星系形成专辑·编者按

<正>星系形成是天体物理学和宇宙学的前沿领域.如果说20世纪是宇宙学发展的黄金时期,星系研究的黄金时期已于21世纪初悄然来临.经过近一个世纪的发展,一个具有预言力的标准宇宙学模型在20世纪末得以确立,我们进入到所谓的"精确宇宙学时代",这为研究星系提供了强有力的理论框架,再加上新的观测设备和大型计算机不断投入使用,星系形成和演化的研究在过去十多年里取得了快速的发展.观测方面,针对中低红移星系的斯隆数字化巡天(SDSS)从21世纪初以来已成功实施了三期巡天项目,获得     

宇宙中物质的压力对宇宙年龄的影响

在标准宇宙学模型中,非相对论性物质(以下简称为物质)被视为无压的尘埃粒子[1],然而其合理性并未定量地证实过.Peebles[2]也曾提到过考虑宇宙中物质压力的必要性.目前的研究表明,在冷暗物质宇宙学模型基础上,宇宙中大尺度结构形成的高精度计算机数值模拟和理论分析都预言,在星系和星系团的中心应该有一个致密的核;然而这与目前的观测如星系团的引力透镜观测等相矛盾.最近Spergel等[3]假定冷暗物质之间存在着相互作用力,即存在着热压力,并对其做了深入研究,但也并未涉及其对宇宙年龄的影响.     

精确宇宙学

高精度微波背景观测,加之大尺度结构,超新星等观测的快速发展,引领宇宙学进入精确宇宙学时代.我们对于宇宙的理解不再停留在定性描述阶段,而是进入了高精度定量测量阶段.本文将对重要宇宙学观测给出介绍,并对研究现状,及未来挑战等给出讨论.     

双场暗能量模型的研究

研究了双场暗能量模型，这种模型可以给出一些有趣的演化行为。     

暗物质的天文学探测

 暗物质和暗能量是宇宙主要的组成部分,被认为是"笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云",是基础物理与宇宙学研究最前沿的方向之一。对暗物质突破性的研究进展将极大促进人们对基本自然规律以及宇宙演化的理解。国际上对暗物质的研究极为重视,美国和欧洲都为之进行了详细周密的规划,开展了一系列的相关项目规划。中国也将暗物质的研究纳入了中长期规划,在过去的几年中国在暗物质探测方面实现了长足进步,在四川锦屏山地下实验室开展多项暗物质直接探测试验,暗物质粒子卫星作为中国空间科学先导专项的首发星,也是中国发射的第1颗天文卫星,2015年12月成功发射。通过观测暗物质粒子湮灭后的粒子产物,有可能在间接探测方向实现对暗物质研究的革命性突破。本文简介暗物质概念提出的历史与暗物质探测的天文学观测手段。     

基于地下实验室的暗物质直接探测实验

 暗物质研究是当前基础物理研究的前沿热点课题之一,对天体物理学、宇宙学和粒子物理学等学科的发展具有十分重要的意义。暗物质的直接探测实验是进行暗物质研究的手段之一,也被认为是最为重要的一种方法。本文介绍:暗物质的不同探测方法、暗物质直接探测实验的原理;国际上主要的地下实验室、针对轻质量和重质量暗物质进行直接探测的典型实验及目前取得的进展;下一代实验将面临的挑战和机遇。     

The moment of truth for WIMP dark matter

We know that dark matter constitutes 85 per cent of all the matter in the Universe, but we do not know of what it is made. Amongst the many dark matter candidates proposed, WIMPs (weakly interacting massive particles) occupy a special place, because they arise naturally from new theories that seek to extend the standard model of particle physics. With the advent of the Large Hadron Collider at CERN, and a new generation of astroparticle experiments, the moment of truth has come for WIMPs: either we will discover them in the next five to ten years, or we will witness their inevitable decline.     

Gpc径向尺度以上哥白尼原理的验证

哥白尼原理是现代宇宙学的基石之一.但是,Gpc径向尺度以上的哥白尼原理几乎没有得到确证.如果该类哥白尼原理遭到破坏,就会产生一阶各向异性运动学SZ（Sunyaev Zel＇dovich）效应.我们证明,如果这种破坏达到能够取代暗能量解释宇宙＂加速＂膨胀的程度,产生的运动学SZ效应功率谱将远远超出ACT/SPT实验的上限.该检验排除了空洞模型解释宇宙＂加速＂膨胀的可能性,证实了Gpc径向尺度以上的哥白尼原理,弥补了标准宇宙学中的一个漏洞.     

中国空间站大规模多色测光与无缝光谱巡天的设想及其在暗能量研究领域的应用

大型巡天是今后数十年内国际天文学研究的重点方向,高精度大样本的巡天观测将极大地推动暗物质、暗能量、天体起源与演化等天文学和物理学的根本问题的研究.空间站的建设为我国空间天文的发展带来了不可多得的机遇.巡天观测与空间站运行模式相当匹配,而国际上尚未有大型的高分辨率光学与近紫外深度巡天计划,中国空间站正可以在此方向上实现突破,使我国在国际天文界的下一代大规模巡天工作中处于领先地位.本文阐述在空间站上开展大天区面积、高角分辨率、覆盖近紫外-光学-近红外波段的多色测光与无缝光谱巡天的设想,并讨论这个巡天在暗能量研究领域中的应用.     

并行干扰抵消算法在多用户检测中的应用

首先提出了一种将完全并行干扰抵消(PIC)与阵列天线相结合的空时多用户检测技术。给出的仿真结果证明：引入PIC算法后的空时多用户检测系统性能得到改善，计算复杂度得以降低；但是由于PIC随着级数的增加出现不稳定状态，因此针对它的收敛文中又提出一种大系统中(用户数和扩频增益趋于无穷，而其比值保持恒定)的部分并行干扰抵消算法，以此作为完全PIC算法的一种改进。仿真结果表明：这种部分PIC算法误码率最终收敛于MMSE算法，并且收敛因子的计算有所简化。     

Cosmology from start to finish

Cosmology is undergoing a revolution. With recent precise measurements of the cosmic microwave background radiation, large galaxy redshift surveys, better measurements of the expansion rate of the Universe and a host of other astrophysical observations, there is now a standard, highly constrained cosmological model. It is not a cosmology that was predicted. Unidentified dark particles dominate the matter content of our Universe, and mysteries surround the processes responsible for the accelerated expansion at its earliest moments (inflation?) and for its recent acceleration (dark energy?). New measurements must address the fundamental questions: what happened at the birth of the Universe, and what is its ultimate fate?     

Galaxies appear simpler than expected

Galaxies are complex systems the evolution of which apparently results from the interplay of dynamics, star formation, chemical enrichment and feedback from supernova explosions and supermassive black holes. The hierarchical theory of galaxy formation holds that galaxies are assembled from smaller pieces, through numerous mergers of cold dark matter. The properties of an individual galaxy should be controlled by six independent parameters including mass, angular momentum, baryon fraction, age and size, as well as by the accidents of its recent haphazard merger history. Here we report that a sample of galaxies that were first detected through their neutral hydrogen radio-frequency emission, and are thus free from optical selection effects, shows five independent correlations among six independent observables, despite having a wide range of properties. This implies that the structure of these galaxies must be controlled by a single parameter, although we cannot identify this parameter from our data set. Such a degree of organization appears to be at odds with hierarchical galaxy formation, a central tenet of the cold dark matter model in cosmology.     

Dodecahedral space topology as an explanation for weak wide-angle temperature correlations in the cosmic microwave background

The current 'standard model' of cosmology posits an infinite flat universe forever expanding under the pressure of dark energy. First-year data from the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) confirm this model to spectacular precision on all but the largest scales. Temperature correlations across the microwave sky match expectations on angular scales narrower than 60 degrees but, contrary to predictions, vanish on scales wider than 60 degrees. Several explanations have been proposed. One natural approach questions the underlying geometry of space--namely, its curvature and topology. In an infinite flat space, waves from the Big Bang would fill the universe on all length scales. The observed lack of temperature correlations on scales beyond 60 degrees means that the broadest waves are missing, perhaps because space itself is not big enough to support them. Here we present a simple geometrical model of a finite space--the Poincaré dodecahedral space--which accounts for WMAP's observations with no fine-tuning required. The predicted density is Omega(0) approximately 1.013 > 1, and the model also predicts temperature correlations in matching circles on the sky.