哈勃参量限制宇宙学模型的优势

1998年对Ia型超新星的观测结果表明,宇宙是加速膨胀的,暗能量是可能导致宇宙加速膨胀的一个重要模型.宇宙学中状态方程w是了解暗能量本质的一个重要的物理量,我们在假定暗能量状态方程w=w(z)随红移变化的情况下,通过计算哈勃参量和光度距离,得到用光度距离来限制暗能量状态方程会有信息损失的结论,进一步比较哈勃参量和光度距离,发现哈勃参量在限制宇宙学模型和宇宙学参数方面比光度距离更有优势.     

径向重子声学振荡测量和观测哈勃 参量数据的宇宙学限制

使用径向重子声学振荡(RBAO)测量遥远的Ia型超新星(SNe Ia)、观测哈勃参量数据(OHD)和宇宙微波背景(CMB)位移参数数据来限制ΛCDM和XCDM宇宙的宇宙学参量,进一步检查了OHD和SNe Ia数据对宇宙学的约束作用.我们对似然函数的归化哈勃参数h进行了边缘化,即积分概率密度P∝e-Χ2/2,以在Ωm-ΩΛ平面获得最佳的拟合结果和置信区域.依据ΛCDM和XCDM模型的组合分析,我们发现在置信区域为68.3%、95.4%和99.7%的置信水平上,OHD+RBAO+CMB数据和SNe Ia+RBAO+CMB数据符合得很好.随着越来越多的OHD数据的获得,我们或许在将来可以使用OHD数据代替SNe Ia数据来限制宇宙学参量.     

宇宙学模型简并与分立性质研究

从标准宇宙学模型(ΛCDM)出发,结合多种拟合函数开始讨论其中的简并与分离性质.我们使用了已观测到的哈勃参数(OHD)和Ia型超新星(SNeIa)的数据来验证这个性质.为了解释拟合过程中的离散性,我们定义了一个因子G来测试每一个数据点对拟合结果的影响,并且分析因子G的优点之处.事实上,因子G不依赖于任何一个特定模型,即是说它可以被推广到任何一种模型.研究结果表明:绝对值较高的G在拟合过程中有更好的区分能力,也就是能把参数限制在更小的置信区间内.因此,我们认为因子G是可以设定在使用观测数据拟合模型中的标准新方法,这有助于我们更深入的理解概率和宇宙学.     

洛伦兹对称破缺与宇宙加速膨胀

1998年的超新星观测表明当今宇宙正在加速膨胀.暗能量是指宇宙加速膨胀的宇宙介质.正的宇宙学常数L是暗能量的重要候选者,但导致宇宙加速膨胀的原因并非L莫属.洛伦兹不变性是物理学最严格的对称性之一,然而所有的量子引力理论都预言了洛伦兹对称性的破缺.基于大尺度洛伦兹破缺(LargeScale Lorentz Violation, LSLV)的宇宙学模型,讨论了有效引力理论修正的Friedmann方程,由此可以得到,大尺度上的洛伦兹破缺和宇宙学常数项的综合效应会产生后期观测到的宇宙加速膨胀.     

利用超新星和伽玛暴观测限制宇宙学模型: 物质创生模型

讨论了考虑物质创生的宇宙学模型,并且利用近年来对于超新星(SNe Ia)和伽玛暴(GRBs)的光度距离的观测结果拟合出模型中的参量数值,并得到结论:如果宇宙中不断有物质创生,也能导致加速膨胀,而不一定要引入宇宙学常数或者任何形式的暗能量.     

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.     

观测数据对暗能量状态参数的限制

状态方程是表征暗能量本质的一个重要物理量,而用观测数据拟合它是了解暗能量的重要手段之一。利用新公布的Ia型超新星数据,重子声学振荡（BAO）观测和Wilkinson微波背景各项异性探测卫星（WMAP）公布的5年数据限制CPL和JBP 2种参数化模型,并重构暗能量状态方程w(z)。结果表明,与过去的工作相比,新的观测结果对w(z)的限制有一点改进,但仍与宇宙学常数模型相一致。     

2013-09 科技要闻

Ia型超新星研究获新进展Ia型超新星的爆发以及它们的前身星的物理机制仍然是个谜题。幸运的是,近几年来观测到的Ia型超新星的数据显著增长,天文学家能够探测超新星统计学上的性质,并建立起它们与宿主星系的联系。清华大学物理系天体物理中心副教授王晓锋等对一类超新星(源于1.4个太阳质量的致密星,也就是"白矮星"热核爆炸产生的,简称Ia型超新星)的光谱特征和它们宿主星系的性质进行了最新的研究,发现了低膨胀速度与高膨胀速度的两类Ia型超新星有着本质的区别,     

暗能量宇宙学的研究进展

介绍了暗能量宇宙学相关课题研究的一些最新的研究进展.作者多年来一直致力于暗能量问题的研究,近年来在暗能量相关课题方面开展了大量的研究工作,在若干方向取得了一系列有意义的进展.对这些课题研究的进展进行了简要介绍,主要内容包括:暗能量宇宙学模型的观测限制研究,暗能量与暗物质耦合参数的宇宙学测量,在宇宙学中称重中微子与搜寻惰性中微子的研究,遗迹中微子在银河系中的引力结团研究,利用引力波观测开展宇宙学参数估计的研究,暴胀宇宙学模型的观测限制研究.     

引力波标准汽笛与宇宙学

双中子星并合的引力波暴GW170817及其多波段电磁对应的发现标志着多信使引力波天文学时代的来临.通过引力波探测器对致密双星并合产生的引力波波型的观测可以独立测量波源的光度距离,这预示着引力波源可以作为"标准汽笛"来研究宇宙的膨胀历史,从而提供了一种研究宇宙学的新途径.本文介绍利用引力波"标准汽笛"来限制宇宙学参数的基本原理,着重讨论各种确定波源距离和红移的方法.同时讨论地基第二代和第三代引力波探测器,以及空间引力波探测器对宇宙学参数,特别是哈勃常数和暗能量参数的限制能力.     

MCG作为统一的暗流体模型及其观测限制

近年来大量观测数据表明,宇宙介质可以由一种统一的暗流体描述.研究一种修正的Chaplygin气体模型(简称MCG模型)作为统一暗流体模型,并且采用目前可利用的Ia型超新星、重子声学震荡(BAO)以及完整的威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测(简称WMAP)等数据对该模型的参数进行宇宙学观测限制.与之前工作的不同之处是,将MCG不再拆分成暗物质和暗能量两部分,而是将其视作一个统一的部分来研究.利用马尔科夫链蒙特卡洛方法,得到较为严谨的限制结果 .结果表明,MCG模型与目前的天文观测数据以及宇宙学标准模型(ΛCDM模型)符合得很好,这也是暗简并问题的有利佐证.     

整体拟合测定宇宙学参数

整体拟合分析对于精确测量宇宙学参数非常重要.本文讨论了微波背景光子（CMB）温度功率谱,大尺度巡天观测及超新星观测对于暗能量状态方程参数的限制,通过比较利用的温度功率谱和CMB简化信息对于暗能量状态方程参数的限制,讨论了整体拟合的重要性.     

在一类矢量-张量宇宙学模型中的动力学分析

研究了一类矢量-张量宇宙学模型中的动力学行为.给出了这类矢量-张量宇宙学模型的所有临界点和相应的参数条件,通过线性近似的方法得到了临界点的性质,利用nullcline技术和数值计算得到这类矢量-张量宇宙模型动力学系统的整体行为,分析得出了宇宙可以从物质优势演化到矢量优势的参数区间,最后,考察了宇宙加速膨胀的条件,发现在这一类矢量-张量宇宙模型中,宇宙后期的加速只有当宇宙演化为矢量优势的情形时才会发生.     

大尺度洛伦兹破缺与空间平坦性

局域测量得到的哈勃参数(H0)与基于ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter Model)模型从微波背景辐射(Cosmic Microwave Background, CMB)测出来的哈勃参数之间存在不一致性,促使人们超越标准宇宙学模型去考察新宇宙学模型,比如空间非平坦的大尺度洛伦兹破缺模型.由于空间曲率项、宇宙学常数项和宇宙学扭曲(contortion)对于解释观测数据的贡献存在重叠简并,这使得现有的模型对于解释观测数据具有存活空间.通过对光度距离模量红移关系观测与模型预言的对比,以及计算物质密度和有效宇宙学常数随时间的演化等途径,将空间曲率密度限制在一定的范围以内,并在此取值范围内讨论了空间不平坦的大尺度洛伦兹破缺模型的表现.     

圈量子宇宙学的新进展

圈量子宇宙学在国际引力和宇宙学界日益成为一个热门的研究领域.本文将介绍圈量子引力理论的基本想法及其对称约化模型-圈量子宇宙学的基本结构与最新进展.新进展侧重于圈量子宇宙学的动力学构造及其有效理论的研究.     

Einstein引力作为高维时空中物质场的量子效应

本文考虑高维时空中的诱导引力.高维时空中的物质场被看成是基本的,Einstein 引力及规范场则是由高维时空中物质场量子涨落的结果.以(4+N)(?)共形理论出发给出了四维时空中的引力常数、宇宙学常数及规范耦合常数;它们与未紧化时空中物质场的量子行为有关.     

关于LTB宇宙模型中的Friedamann方程

Lema tre-Tolman-Bondi(LTB)宇宙模型是对超新星亮度变暗的观测事实的另一种解释,其优点在于不再需要引入神秘的暗能量.在特殊情形下,LTB宇宙模型能够约化到通常的Friedmann-Robertson-Walker(FRW)宇宙模型.对于一般的LTB宇宙模型,通常的Friedmann方程必须作出相应的推广.由于LTB宇宙模型是非均匀但各向同性的,因而推广的Friedmann方程应含有两个哈勃参数.但在LTB的相关文献中,所讨论的是单哈勃参数的Friedmann方程,它无法完备地描述宇宙的演化.仅从牛顿引力理论即可导出单哈勃参数Friedmann方程,还进一步定义了LTB宇宙模型中无量纲参数,给出了双哈勃参数Friedmann方程的另一种形式.     

引力常数变化的地、月系统证据分析及天体膨胀和光谱的非宇宙学红移

依据基本的天体运动学定律,利用地、月轨道变化的生物钟数据及相关资料,经分析、推理,建立起了一个引力常数变化的模型.用此模型对地球、太阳系结构演化,以及光谱的非宇宙学红移进行了分析.并计算了地球、太阳系结构演化过程中的相关物理量;计算了木星相应年代的相关物理量.运用本模型,证明了引力常数减小既产生宇宙的膨胀运动,也产生了光谱的非宇宙学红移和宇宙学红移,光谱的实际红移是这2种红移综合作用的结果.解释了类星体现象.计算结果与实际观测所作对比表明,此模型与实际观测是基本相符的,确定了此模型的合理性.本文通过引力常数减小对天体运动所产生的重要作用,从一个新的角度论证了宇宙的结构和演化,以及宇宙结构的收敛性.     

利用改进了的宇宙模型独立法重建宇宙膨胀史

首先利用距离对偶关系重新修正了Union2.1超新星数据光曲参数;然后用该光曲参数重新计算了Ia型超新星的距离模量;最后用模型独立法重建了宇宙膨胀史和暗能量的演化性质.在1σ置信度,重建的宇宙的膨胀史及暗能量性质与真空暗能量模型并不一致,这一结果更支持一个随红移演化的暗能量宇宙模型.     

哈勃参量限制宇宙的backreaction效应

主要研究不均匀宇宙下的平均宇宙模型对宇宙加速膨胀的解释. 首先, 通过对该尘埃宇宙模型下的backreaction效应和Larena等提出的模板度规结合, 得出了如下结论:FLRW 度规对早期宇宙的演化能进行准确描述, 但到晚期大约a_D>0.1之后与backreaction模型区别明显.其次,选择通过有效哈勃参量来限制宇宙学参量.由于不能得到准确的尺度因子和红移关系,于是近似选择 FLRW 度规代替模板度规进行限制.限制结果发现(1σ stat), 与其他观测如超新星遗迹探测(SNLS)和Ⅰa型超新星等符合的很好. 最后, 通过限制结果的最佳拟合值对此模型下的宇宙学参量进行了分析, 表明宇宙的backreaction效应可以很好解释宇宙加速膨胀, 因此值得对此模型进行进一步的研究.