暗能量和加速膨胀的宇宙

1998年发现的宇宙加速膨胀是当代科学中最重大的课题之一.理论上,宇宙的加速膨胀可能意味着当前宇宙中约三分之二的能量密度是由一种新的能量组分,即暗能量所提供的也可能意味着爱因斯坦提出的广义相对论在宇宙学尺度上需要修正.暗能量和修正引力这两种完全不同的物理机制可以给出完全相同的宇宙背景膨胀历史,但却预言不同的结构形成过程.因此,我们可以通过观测宇宙的大尺度结构形成和演化来区分这两种不同的物理机制,揭示宇宙加速膨胀背后的物理规律.宇宙大尺度星系巡天是研究宇宙加速膨胀机制的重要探针之一.基于星系巡天,我们可以通过测量重子声波振荡(baryonic acoustic oscillations,BAO)和红移空间畸变(redshift space distortions,RSD)两种特殊的星系成团属性,同时测量宇宙的背景膨胀和结构形成历史,进而分别开展暗能量性质以及引力研究.SDSS(Sloan Digital Sky Survey)三期的BOSS(Baryonic Oscillation Spectroscopic Survey)巡天是近期完成的世界最大规模的星系巡天.通过对10000平方度左右天区的观测,BOSS获取了近一百万条星系光谱.基于BOSS的观测,我们对暗能量和引力性质开展了深入研究,并发现了暗能量的动力学迹象.目前正在巡天的e BOSS(extended Baryonic Oscillation Spectroscopic Survey)项目以及后续的DESI(Dark Energy Spectroscopic Instrument)和PFS(Prime Focus Spectrograph)等大型巡天将在更高的红移、以更高的精度测量BAO和RSD,这将为宇宙加速膨胀机制的研究提供关键的观测支持.     

星系团的发现和星系团及成员星系的物理性质

星系团是宇宙中质量最大的引力束缚天体,是宇宙大尺度结构中密度相对比较高的节点.因此星系团是研究宇宙学的重要示踪天体之一,也提供了星系多样的寄居环境.基于公开的巡天数据,我们证认出了数目最多的星系团,显著扩展了星系团发现的红移范围.根据星系团在宇宙空间中的成团性,探测到了显著的宇宙重子声波振荡信号.通过查看星系团图像,发现许多星系团作为强引力透镜使背景星系呈现巨大的光弧.根据星系团中成员星系的分布,我们计算了最多星系团的动力学状态参数,并发现只有约1/3的星系团处于弛豫状态.我们还发现,在越弛豫的星系团中,最亮团星系的光学光度越大,其他亮成员星系越少.随着国际上在多个波段更深巡天数据的发布,星系团的研究将会有多方面的突破.     

科学家绘制迄今最大远古宇宙3D地图

科学家们近期通过对宇宙中一些最明亮天体的研究,绘制出了一幅迄今最详尽的宇宙3D图景。这项研究有望帮助科学家们了解宇宙是如何膨胀的,并可能提供暗能量的研究线索,暗能量被认为是宇宙膨胀的推手。这一项成果来自斯隆数字巡天项目组(SDSS),该项目     

宇宙的起源—大爆炸宇宙学介绍

关于宇宙起源,历史上曾经出现过各种各样的想象和神话传说。但宇宙的起源本身却是一个科学问题。20世纪以来,人们在宇宙观测中取得了越来越多的重大发现,从而逐渐建立起大爆炸宇宙学模型。大爆炸宇宙学模型的背景20世纪20年代,美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时,首先发现了光谱的红移,认识到了旋涡星云正快速远离人们而去。1929年哈勃把这种退行红移的测量与星系的距离的测量结合起来,得出了     

引领宇宙学走向精确时代的新一代天文仪器

新一代的天文仪器为宇宙学家提供了大量的数据 ,宇宙学家可以借此检验自己的理论。·Planck宇宙微波背景卫星这颗卫星与威尔金森探测器相比具有更高的空间分辨率和温度灵敏度 ,预计 2 0 0 7年发射。·JamesWebb空间望远镜 (JamesWebbSpaceTele scope)即原来的下一代空间望远镜 ,NGST。它是哈勃空间望远镜的后继者 ,会使天文学家观察到比当前所能观测到的更早的星系 ,预计 2 0 1 1年发射。·超新星 /宇宙加速度探测器 (Supernova Accelera tionProbe)旨在测量遥远超新星的距离从而检测暗能量的强度是否随时间而变化。·大口径综合巡天…     

关于宇宙命运的“末日猜想”

1998年以前,人们认识的宇宙是一个单纯的膨胀着的宇宙,来自大爆炸的能量使宇宙中的所有星系渐渐地远离我们。然而,科学家们在后来的研究中修改了人们对宇宙的这种看法,他们在观测遥远的超新星时发现,宇宙膨胀的方式很复杂,速度在逐渐地加快,星系似乎受到一股神秘力量的牵引而狂奔不止,那种力量延伸了时空,拉开了星系间的距离,人们称它为暗能量。它似乎就是爱因斯坦的宇宙常数。科学家认为,暗能量是使宇宙充满更多空间的力     

LAMOST与暗能量

2003年威尔金森微波背景各向异性探测器(WMAP)和斯隆数字巡天(SDSS)通过天文观测对宇宙学参数进行的精确测量,强有力地支持了一个以暗能量、暗物质为主的暴胀宇宙模型.这在人类探索宇宙奥秘和物质基本结构的道路上无疑是一个光辉成就.这一成果被美国<科学>杂志选为2003年度世界十大科技进展,引起了科学界和社会各界的广泛关注.     

突破红移记录,搜寻宇宙第一缕星光

一天文小组宣称 ,他们用欧洲南方天文台的甚大望远镜 (VLT)发现了迄今尚未记录过的最大红移值的天体 ,但这一新的记录估计也不会保持多久 .法国米迪天文台的RoserPello和他的四位同事说 ,他们已认证出一非常暗弱的红移值为 10 0的星系状碎片 ,这意味着我们已观察到宇宙创生大爆炸后4 6亿年 (现在宇宙年龄的 3 5 % )的时刻 ,即跟随大爆炸而来的“黑暗时代”终结时出现第一缕星光的时刻 .观察者们是利用室女座内的前景星系团Abell1835做为强大的引力透镜发现这一星系碎片的 .引力透镜效应使观测到的该碎片内暗弱星光增强了 2 5至 10 0倍 …     

载人航天工程巡天空间望远镜大视场多色成像与无缝光谱巡天

正近20年来,以Sloan Digital Sky Survey(SDSS)~([1])为代表的巡天项目取得了令人瞩目的成果,打开了用天文观测精确检验和探索基础物理理论的新篇章,催生了Vera Rubin Observatory(VRO,原名Large Synoptic Survey Telescope)、Dark Energy Spectroscopic Instrument(DESI)、Euclid、Roman Space Telescope(RST,原名Wide Field Infrared Survey Telescope)等新一代大型巡天项目.在此背景下,载人航天工程巡天空间望远镜(CSST,图1;巡天空间望远镜曾被称为中国空间站望远镜(China Space Station Telescope, CSST),     

宇宙是由什么构成的?

通过星系、星系团,乃至宇宙整体的动力学行为,天文学家发现宇宙中绝大部分物质是不发光的,即暗的.其中暗物质占宇宙中总物质和能量的27%,暗能量占68%,而普通物质(即粒子物理标准模型粒子)只占5%.暗物质和暗能量是当代天文学和物理学的重大发现,是主要研究前沿.我们回顾暗物质和暗能量的发现历史、已知属性和待解决的问题.     

20世纪的宇宙物理学

暗物质、Ω和最初的一微秒再过 50亿年左右 ,太阳连同我们的地球就要灭亡了。大约在同一时间 (前后可能相差 1 0亿年 )仙女座星系也要和我们的银河系相撞。但是 ,宇宙会永远膨胀下去吗 ?如果不会 ,它最终会塌缩成一个新的奇点 ,而万物都将遭受到和不小心坠入黑洞的宇航员一样的命运吗 ?问题的答案取决于无处不在的引力到底能对宇宙的膨胀产生多大的负面作用。直接计算的结果表明 ,如果宇宙的平均密度大于每立方米 5个重子 (即所谓的临界密度 ) ,那么 ,它最终将收缩成最初的状态(重子是质子和中子的总称 ,所有原子都含有重子 )。听起来 ,这个…     

21 cm宇宙学的探索——天籁与鸿蒙实验

自宇宙大爆炸结束,中性氢广泛分布于宇宙,为研究从宇宙黑暗时代、宇宙黎明与再电离时期,直到再电离之后的宇宙历史、精密测量物质分布提供了重要探针.但是迄今为止,由于灵敏度的限制,中性氢观测还主要局限于近邻宇宙.要进行更高红移的观测,必须在比其强几个数量级的前景中将21 cm信号提取出来,这对观测设备的设计和数据处理分析都提出了极高的要求.近年来,国际上出现了很多针对21 cm的观测实验, 21 cm宇宙学正处在突破的前夜.我国也开展了21 cm宇宙学的探索性实验.本文介绍了暗能量射电探测关键技术实验(天籁实验阵列)和绕月超长波天文观测阵列(鸿蒙实验)的基本情况和研究进展.天籁实验阵列位于新疆巴里坤县红柳峡观测站,是用于试验中红移的大尺度结构21 cm强度映射的关键技术.鸿蒙实验则拟发射一个线形编队的卫星阵列,环绕月球飞行,进行全天频谱和干涉成像观测.这将打开一个新的观测窗口,并探索宇宙黑暗时代和宇宙黎明.     

逃逸宇宙

巨大的星系飞快地离我们而去宇宙正在逃逸经典理论在这里不再适用谁把时间和空间推向远处2003年7月,美国匹兹堡大学的瑞安·斯克兰顿博士领导的一个多国科学家小组宣布,他们发现了宇宙存在暗能量的证据。2005年2月,一个由英国、法国、意大利和澳大利亚等国科学家组成的研究小组宣布,他们在距离地球2000万光年的室女座发现了由暗物质组成的星系。宇宙学家认为,这个重要发现是宇宙学研究的一个重大突破。世界各大媒体都对此作了详尽报道。也许你们会问:暗能量是什么?暗物质是什么?欲知答案还得从超新星说起。     

遥远气云中氘的高丰度挑起了对暗物质的疑问

以夏威夷大学桑盖拉(A.Songaila)女士为首的四人小组,用位于夏威夷岛莫纳克亚山顶的10米口径的Keck望远镜,对红移值为3.3的一块原始气云观测时发现,其中氘的含量比预计的要高得多.这一发现既支持了宇宙创生热大爆炸学说,但同时也排除了星系中的暗物质主要由重子(质子和中子)物质组成的说法. 氘是氢的同位素,按照标准大爆炸模     

宇宙在膨胀吗?

哈勃发现宇宙不是静态的,而是发展着的东西。这个发现肯定是本世纪河外天文学中最重要的发现。能与宇宙普遍稳步膨胀的观点抗衡的天文学家不多。但是,最近J.F.Nicoll,D.Johnson,I.E.Segal与W.Segal关于中度靠近的星系之红移及其表观亮度之间关系的挑战性统计研究,威胁到这个简单而又意味深长的图景。在普遍膨胀中,星系的后退速度(在经验上就是它的多普勒红移)应该与这个星系的距离成正比。     

你想了解现代宇宙论吗？

处身于20世纪后期的人们,生活在人类最伟大、最冒险的时代,他们开始试着飞离自己的诞生地——地球,前往浩渺无涯的宇宙。他们不满足了解地球、太阳系,而要认识宇宙。他们要掌握自己的前途,控制自己的命运。他们还想主宰宇宙…… 宇宙模型 宇宙究竟是开放的还是闭合的?空间有无边界?时间有无始终?人们想知道。 1912年,美国的V·M·斯莱弗在亚利桑那州的洛厄尔天文台发现,许多星系发射的光已变红,有多普勒位移,好像它们必定是在离开地球。1925年,哈勃在和他的得力助手米尔顿·赫马森观测宇宙时,很快就发现“红移”不仅是某些星系,而且是本星系以外的一切     

基于LAMOST巡天的银河系结构演化研究新进展

银河系至少是目前唯一能够获得单个恒星三维空间和运动信息的星系,这使得它成为我们得以详细研究的最重要的星系.更好地了解银河系的组成及其演化在星系天文学中起着至关重要的作用.自Hipparcos时代以来,人们开始以数以万计的恒星为样本研究银河系,这使我们能够在太阳附近发现许多新现象. SDSS和2MASS等巡天将我们的视野扩展到银河系的更大体积,在恒星晕中发现了丰富的子结构. LAMOST巡天提供了1000多万个恒星光谱,极大地推动了我们对银河系的了解.本文综述了近年来基于LAMOST巡天观测数据开展的银河系研究新进展,特别是在银河系恒星晕的结构与演化、银河系外盘的形态与非稳态运动,以及银河系动力学质量和本地暗物质密度等方面进行了重点介绍.     

类星体给封闭宇宙提供了更多的证据

中国天文学家的工作进一步证明,类星体能提供有关宇宙本质的知识。他们的工作补充了最近戴维森(Davidson)等人对类星体3C273紫外谱的观测(Na-ture,269,1977,203;News and Views,269,1977,195)。中国天文学家们已经对多种射电类星体的子集建立了哈勃图,他们所用的光度指标不同于戴维森等人所用,但却得到了本质上相同的结论。早就知道,为了判定宇宙是开放的(减速因子q_0小于1/2,宇宙一直膨胀下去)还是封闭的q_0大于1/2,宇宙最后要往回收缩),最好的方法是利用哈勃图,即红移z与视星等m的关系(所谓红移就是由于恒星及星系的退行所引起的光的红向变化)。然而,仅在红移值超过目前星系红移极限值(～0.5)的范围时,不同的宇宙学所预言的z-m关系才有可能加以区分。具有较太红移值的类星体的发现之所以引起很大希望,原     

“暗能量相机”拍摄到远古星光

位于智利山脉的巨大天空绘制仪器、世界上功能最强大的数字相机——"暗能量相机",穿越无数遥远星系,成功地拍摄到80亿年前的远古恒星光线.这个570 M像素的相机于2012年9月12日首次拍摄到南部星空的远古恒星光线. 这些远古恒星光线或将解答物理学最大的疑问——宇宙为什么处于加速膨胀状态?虽然暗能量占据宇宙质量的74％,但是科学家对暗能量仍不是非常了解.暗能量是21世纪科学领域最大的悬而未决的研究项目.     

暗能量或许并不存在

三项实验正在研究宇宙间最丰富的东西—暗能量。不过,有的理论家认为——20世纪20年代,天文学家认识到宇宙正在远离我们,星系距我们越远,离开的速度就越快。从逻辑上讲,这个现象暗示着所有东西都曾经是在同一个地方的。这项引出了宇宙大爆炸理论的发现,也是现代宇宙学的开端。然而在1998年,新一代的天文学家发现,宇宙不仅在膨胀,而且膨胀速度比以前更快。