宇宙如何起源?

热大爆炸宇宙学取得巨大的成功,它所预言的哈勃定律、宇宙微波背景辐射和轻元素丰度等都得到了观测的广泛证实.但是热大爆炸宇宙理论自身有着无法解释的疑难问题,比如宇宙空间平坦性问题、视界问题等.为了解决热大爆炸宇宙学的诸多疑难问题,一个最简单经济的方案是在宇宙热大爆炸前发生一段由真空能推动的宇宙近指数膨胀的宇宙演化过程,即宇宙暴胀.事实上,发生在宇宙极早期的暴胀过程不仅可以合理地解释所有这些热大爆炸宇宙学中的疑难问题,而且起源于暴胀期间的量子扰动自然地提供了宇宙晚期结构形成所需的原初密度涨落.反过来,探测宇宙微波背景辐射微小的各向异性和宇宙结构成了探索早期宇宙暴胀物理过程的关键手段.尽管现有的大量宇宙学观测强有力地支持暴胀宇宙学,然而当前在宇宙大尺度上似乎依然存在一些偏离标准暴胀宇宙学预言的迹象,这些迹象可能暗示宇宙在极早期暴胀前还经历了一段收缩过程.     

是什么驱动宇宙暴胀?

尽管热大爆炸宇宙学取得了巨大的成功,它所预言的轻元素丰度以及宇宙微波背景辐射等都得到了大量观测的支持,但是热大爆炸宇宙学依然面临诸如平坦性和视界等无法克服的疑难问题.在热大爆炸之前,宇宙历经暴胀,在极短时间内膨胀了极大的倍数,抹匀了宇宙初期的不均性和拉平了宇宙空间几何,从而简单合理地解决了热大爆炸宇宙学面临的诸多疑难问题.并且,起源于暴胀时期的量子涨落可以自然地提供导致形成宇宙大尺度结构和微波背景辐射各向异性的原初密度涨落.目前被广泛接受的图像是:暴胀由标量场(也被称为暴胀子)的一段较为平缓的势能驱动,期间暴胀子的动能远小于它的势能.然而,暴胀子的物理起源依然不清楚,需要通过未来更多的理论研究和观测来揭示宇宙暴胀的机制.     

原初引力波

在一只苹果从树上落下来的时候,牛顿看到了万有引力,而爱因斯坦看到了引力波。美国哈佛一史密森天体物理中心的科学家宣布,他们发现了原初引力波的印记,这是迄今证明宇宙暴胀理论最有力的证据。这一重大发现一旦证实,将有望帮助弄清宇宙原初时刻之谜。     

原初引力波直接证据不成立

2014年3月,位于南极洲的BICEP2(Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization)研究团队宣称,通过对宇宙微波背景辐射(Cosmic Microwave Background,CMB)极化现象的观测与分析,首次得到了原初引力波的直接证据。这一证据能够用来证明暴胀宇宙理论。然而,2015年1月,欧洲空间局(European Space Agency,ESA)发布公告称,无证据支持原初引力波的发现。宇宙起源于138亿年前的大爆炸,从最初极小尺度、极高温度、极大密     

前沿

正黑洞吸积流风存在的直接观测证据被发现中国科学家发现了黑洞吸积流中存在风的直接观测证据。宇宙中几乎所有星系中心都存在一个超大质量黑洞,黑洞周围的气体在黑洞引力的作用下朝黑洞下落,形成黑洞吸积盘。吸积盘会发出强烈的辐射和物质外流,人类首张黑洞照片中拍到的辐射就是源于吸积盘。黑洞吸积是研究活动星系核、伽马射线暴等重要高能天体物理现象的理论基础。     

迄今质量最大类星体现身

<正>类星体是宇宙中最明亮的天体,因其中心黑洞疯狂吞噬周围物质而发出极强的光芒。通过长期的观测研究,天文学家确定早期宇宙的类星体中含有超大质量黑洞。但这些黑洞是如何在宇宙诞生不久就"成长"为超大质量黑洞的,一直是一个有争议的热门课题。     

事件视界望远镜对近邻星系M87中心超大质量黑洞的成像观测

<正>2019年4月10日21时,天文学家公布了人类首次拍摄到的近邻椭圆星系M87中心黑洞在1.3 mm波段的成像观测结果,看到黑洞视界的阴影,直接证明了黑洞的存在.黑洞是广义相对论关于时空和引力理论的伟大理论预言.直接证明黑洞的存在,不仅可以检验广义相对论的正确性,而且可以研究黑洞强引力场中的物理过程,解释相应的天文现象.黑洞与其他天体最本质的区别是它存在事件视界.事件视界是黑洞周围弯曲时空中的一个单向的、与外部观     

科学之窗

中等质量黑洞被发现据美国《纽约时报》报道，美国天文学家发现了一种新类型的黑洞。科学家认为，新发现的这个体积中等的黑洞将能够最终为揭开宇宙中黑洞的形成之谜提供新的线索。 黑洞是一种密度极高的宇宙天体，每个星系里都有它的身影。天文学家之所以对黑洞感兴趣，是因为对黑洞的了解有助于揭开星系形成之谜。科学家早已经在大多数星系的中心发现了不少黑洞，其中一些属于庞大无比的重量级，其他的则属于不大起眼的轻量级，可是却没有中等大小的黑洞。一些天文学家怀疑，这其中一定还有一个环节没有被发现。最近，美国天文学家终于在…     

黑洞理论的新进展

黑洞是一个超密天体,当大质量恒星耗尽其全部热核燃料后,便坍缩成黑洞.天文学家还认为,类星体的中心存在着几十亿个太阳质量的巨大黑洞,类星体是位于可观测宇宙的边界上的极亮天体.在星系(如我们银河系)的中心也同样存在着黑洞.理论物理工作者曾计算得:一个黑洞的特性可由质量、电荷和自     

宇宙中^3He稀少之谜有了答案

天学家们认为宇宙中^3He的来源应有两个：一是宇宙创生爆炸时原初核合成过程造出的，这时伴随着大量的氢一同产生的有^3He和少量的氘、^3He以及^7Li等轻元素；第二个来源是众多恒星演化到红巨星阶段时，其内部的氢之核聚变反应形成的^3He，理论预期如此产生的^3He之总量释放到宇宙中时应是目前实际观测值的10倍。现代的恒星演化学说已成功地预见到所观测的宇宙中许多较重元素的丰度，但丢失的^3He的丰度多年来一直困扰着天体物理学家们。     

一个赤道具有高温的黑洞

文献[1]给出了一个具有任意多极矩变形质量的外部引力场的Einstein真空场方程静态渐近平直解.已证明x=1的超曲面是它的事件视界,而内禀奇点出现在赤道(x=1,y=0)上.这是一个非常特殊而又有趣的天体模型.下面我们将讨论它的热力学性质,计算此黑洞的视界表面重力和视界温度.     

高红移类星体的观测

在宇宙大爆炸后10亿年以内的高红移(红移大于6)类星体为我们研究早期宇宙提供了重要的探针,这也使得对高红移类星体的观测研究成为星系宇宙学前沿研究领域的一大热点.本文对高红移类星体观测研究的重要性及其宇宙学意义,利用光学和近红外波段的观测发现早期宇宙中光度最高和中心黑洞质量最大的高红移类星体,以及利用亚毫米、毫米和射电波段观测对高红移类星体寄主星系所开展的研究等进行了较全面地总结,并对这一领域未来的研究前景与挑战进行了展望.     

史上首张黑洞照片的科学与技术

<正>黑洞是爱因斯坦广义相对论预言的产物,也是宇宙中最神秘的天体.2019年4月10日,事件视界望远镜(Event HorizonTelescope,EHT)国际合作团队公布了利用全球的8个毫米波望远镜组成的干涉阵以约20微角秒的分辨率拍摄的首张黑洞照片,直接测量了射电星系M87中心黑洞的阴影和黑洞周围光环的大小,得到了M87中心黑洞的质量     

哈尼天体——类星体的绿色幽灵

<正>人世间是否有幽灵?没人知道答案。但是,在宇宙中却存在着一种被称为"宇宙幽灵"的奇特气态天体。1999年7月23日,钱德拉太空望远镜成功升空,作为人类的"眼睛"观测着宇宙空间。作为一类特殊天体,黑洞一直是钱德拉太空望远镜的重要观测目标,但在一个遥远且超大质量黑洞周围,科学家却发现了一个奇特的"天文奇景"——"宇宙幽灵"。     

前沿

正1宇宙"黑洞种子"首次被发现天文学家已经找到了早期宇宙中"黑洞种子"存在的证据,其质量为太阳的10万倍,这有望于协助揭开超级黑洞的成因之谜。天文学家说:"我们找到的证据表明,超大质量黑洞的种子能够直接由巨型气体云坍缩而成,不需要任何中间步骤。这项发现若得到证实,就能解释这些     

穿越计划(下)

根据解馨的提议,张天博找出了验证他的黑洞界面说的突破口,那就是穿——越——黑——洞,而且要在理论上证明黑洞是可以被穿越的,在实验上证实穿越黑洞的方式。这样,张天博的黑洞界面说及解南教授的“亚稳定态临界有限的跃变宇宙模型”便会引发一场革命,使人类的未来完全出乎人们的想象。 他们将这一新的研究计划称之为“穿越计划”。     

宇宙中铁以上的重核是如何合成的?

针对21世纪尚未解决的11个重大物理问题之三,即"宇宙中从铁到铀的元素是如何产生的?"进行了系统的阐述,包括问题提出的背景和重要性、主要研究内容、国内外进展以及将来的发展趋势.介绍了产生宇宙中比铁重的元素(简称为超铁元素)的几个主要核合成过程,并总结了相关的研究目标.目前,尚需要精确测量天体核合成路径上关键核素的质量、寿命以及相关核反应的反应截面或者天体物理反应率等核物理输入量;开展天体元素或者同位素丰度的观测研究,以及星际X和γ射线等的卫星观测;发展天体物理模型以及核物理理论模型,最终将可靠的核物理输入量、核天体物理理论模型和天文观测数据相结合,以探索和解决宇宙中超铁元素的来源问题.     

前沿

正测黑洞质量新方法被发现超大质量黑洞是宇宙中最极端的物体,尽管天文学家已经有一些方法来间接获取黑洞的质量,但这些方法都有所局限。在一项新的研究中,来自美国的研究人员发现吸积盘发出的闪烁光芒可以揭示超大黑洞的质量。这一发现提供了一种用光学观测来了解超大黑洞质量的新方法,而且这种技术不仅适用于黑洞,也适用于某些小而致密的天体,如白矮星。     

一种新的静态Manko黑洞和稳态Manko黑洞的热力学性质

为了更好地描述真实天体的引力场,Manko引入了两个具有任意多极矩的轴对称的Einstein场方程的精确解,其中一个是静态的,另一个是稳态的,它们都有视界,因此,它们代表了两个黑洞.但是,由于Manko黑洞的视界不是一个完整的光滑超曲面,其上存在着“洞”(裸奇点),所以,它们与Schwarzschild以及Kerr黑洞视界的拓扑结构(Euler示性数)不同.我们将通过对Manko黑洞视界温度的计算,阐明这类黑洞的热力学性质.文献[1]中给出了扁球坐标表示的静态轴对称、具有任意多极矩的Einstein场方程的解:     

微观核裂变动力学研究进展

原子核裂变是一个复杂的非平衡非绝热的大幅度量子多体动力学过程.近年来,随着计算能力的发展,微观裂变动力学取得了很大的进展.本文介绍了非绝热的时间相关的密度泛函理论和绝热的时间相关的生成坐标法等微观裂变动力学模型.裂变位能面的并行约束计算和能量相关性对绝热裂变模型很重要.最近,我们扩展了有限温度加动力学涨落的时间相关的密度泛函理论.基于时间相关的密度泛函理论,对裂变过程中的对关联效应、涨落效应、耗散效应、非绝热效应、能量相关性、碎片之间的纠缠等核裂变机制获得了新的认识.此外,微观裂变研究对理解天体过程中的r-process也很重要.我们期待发展出更综合更精确的核裂变理论支撑核裂变的应用创新.