哈勃参量观测数据及其他数据对相互作用暗能量的观测限制

主要基于哈勃参量观测数据(OHD)、普朗克卫星的微波背景辐射数据(CMB)、重子声学振荡数据(BAO)和Ia型超新星数据(SNe)来限制宇宙学相互作用暗能量模型.利用马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)算法和Cosmo MC程序,用c2的方法实现模型中参数的数值拟合.OHD+SNe+CMB+BAO数据组合得到各参数的最佳拟合值及2s误差范围分别为:物质密度参数ΩW=m0.2919+0.0075-0.0075(1σ)+0.0151-0.0144(2σ),暗能量状态方程参数wX=-1.0374+0.0453-0.0452(1σ)+0.0898-0.0886(2σ)哈勃常数H0=69.6479+0.85809-0.8563(1σ)+1.6919-1.6768(2σ)相互作用因子=3.0976+0.1600-0.1609(1σ)+0.3153-0.3189(2σ)wx,的最佳拟合值满足+30wX即暗能量趋于转化为暗物质,表明宇宙学巧合性问题被轻微缓解.为了研究OHD对相互作用参数的限制效果,本文采用OHD,SNe和CMB+BAO数据组合对该模型进行了限制对比,得到结论如下:(1)当联合SNe,CMB+BAO,OHD能更紧密地限制相互作用暗能量模型,并且OHD具有缓解巧合性问题的潜力;(2)对于LCDM模型中+3wx表示暗物质和暗能量无相互作用的情形均包括在OHD+CMB+BAO,SNe+CMB+BAO,和OHD+SNe+CMB+BAO三组数据限制结果的1s范围.     

QCD、大统一和宇宙年代

宇宙学的任务就是在大范围和长时间内研究时空,中心问题是在于选择切合实际的宇宙模型,阐明宇宙随时间演化的特征.在弗利德曼首先讨论的均匀和各向同性的宇宙模型中,宇宙是一个膨胀着的体系.这模型和观测数据是相符合的.另一方面,基本粒子物理学的量子色动力学(QCD)较成功地解释了强相互作用的实验现象,天体物理学家与宇宙学家把它应用到早期的     

奇异矮星系:暗物质迷失?

<正>宇宙的起源是什么?其主要成分是什么?宇宙是如何演化到今天丰富的结构的?这都是现代宇宙学需要回答的问题.最近几十年时间里,现代宇宙学取得了令人瞩目的成就,奠定了标准宇宙学模型的基础.在标准宇宙学模型下,宇宙主要由暗物质和暗能量组成,我们熟悉的重子物质只占宇宙总比例的4.7%^[1].这一标准模型成功地解释了跨越宇宙学时标和尺度的众多观测现象,包括红移1000左右的宇宙微波背景观测、星系的大尺度成团性、弱引力透镜测量的宇宙剪切,以及由赖曼-阿尔法森林示踪的小尺度功率谱等.     

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.     

光子、热力学与膨胀宇宙

基于宇宙学观测以及含宇宙常数的广义相对论场方程建立的标准宇宙模型,存在着违背物理学基本规律的疑难,提示我们需要仔细审视宇宙动力学的物理基础.例如,同实物退耦后的背景黑体辐射光子数目不再随宇宙膨胀而变化,但宇宙学红移效应导致辐射温度反比于宇宙尺度下降,则背景辐射总能量也反比于宇宙尺度而不断减少,违背了热力学第一定律,损失的宇宙背景辐射能量到哪里去了?又如,宇宙常数对应的暗能量密度不随时间变化,膨胀宇宙中物质不断被创生,总能量随宇宙膨胀趋于无穷.在宇宙学中坚持能量守恒,需要限制暗物质和暗能量的基本物理性质,其中作为零质量玻色子的光子扮演着重要角色.基于爱因斯坦场方程同时又不放弃能量守恒定律的宇宙学模型,给出了和标准模型完全不同因而可以被观测证实或证伪的演化图景:暗物质同暗能量平衡状态下的匀速膨胀才是宇宙的常态,而减速或加速膨胀只是宇宙介质相变导致的瞬态过程.近期开始出现的高精度宇宙学观测结果对标准模型提出了挑战,而有利于能量守恒宇宙模型的预期.正在进行和计划中的宇宙学观测将最终判定2类模型,并且推动基本物理的发展.     

宇宙加速膨胀的射电直接测量研究获得重要进展

<正>最近,北京师范大学天文系张同杰宇宙学团队基于宇宙学中Sandage-Loeb效应也称Redshift Drift原理,提出了第一个宇宙加速膨胀的射电直接测量方法.传统方法是通过距离观测并且基于宇宙学哥白尼原理和爱因斯坦方程来测量宇宙加速膨胀,这是一种间接方法.新提出的方法是一种与宇宙学模型无关的直接测量方法.该研究工作于2014年7月25日在Physical Review Letters杂志上发表.20世纪20年代美国天文学家Hubble发现宇宙在膨胀,并根据当时少量的观测数据总结得出著名的Hubble定律,因此爱因斯坦也为自己构造了一个静止的宇宙而后悔不已.根据Hubble定律,通过观测河外星系的红移可以测量星系的退行速度,基本相当于宇宙整体膨胀的速度.既然宇宙在膨胀,那么宇宙膨胀是加速的还是减速的,如何测量宇     

WMAP将要告诉我们什么?--谈人类对宇宙演化的探索

我们的宇宙是何时开始、如何开始、为何开始的 ?它又将如何变化 ?它的最终命运又将如何 ?这是任何一个有好奇心的孩子都会问的问题 ;而对宇宙学家来说 ,对宇宙起源及最终命运的探索却既是一个十分古老的话题 ,又是一个非常热门的前沿问题。爱因斯坦在 2 0世纪的头 2 0年中奠定了我们将宇宙作为一个整体来认识的基础。 2 0世纪 2 0年代 ,美国天文学家哈勃通过对遥远星系光谱线特征的研究 ,证实了宇宙在膨胀。之后 ,宇宙学家们构造了各种宇宙学模型 ,做出各种预言。而模型与真实宇宙之间的相容性必须由观测来检验 ,正是现在WMAP (微波各向异…     

观测宇宙学

观测宇宙学是宇宙学的一个组成部分,它侧重于发现宇宙在大尺度时空上的观测特性,使现代宇宙学成为一门严肃的、自洽的自然科学。     

宇宙暴胀的根源

标准宇宙学模型认为宇宙起源于大爆炸,并且经历了暴胀阶段。然而,为什么早期宇宙会暴胀,存在不同的理论假设。一个理想的模型是宇宙起源于真空,并演化为今天的宇宙。通过求解量子宇宙学方程,并使用德布罗意-玻姆量子轨道理论,可以获得真空暴胀解。随着微波背景辐射观测精度的提高,这一模型的正确性有望获得实验检验。     

半参数EV模型的参数估计理论

其中(X,T)为取值于R~p×R~1上的可观测随机向量,T的支撑集为有界闭集,不妨设为[0,1],x为p维不可观测随机向量,β为ρ×1未知参数向量,g是定义于[0,1]上的未知函数.(ε,u~r)~r为p+1维随机误差向量,E(ε,u~r)~r=0,Cov(ε,u~r)~r=σ~2I_(p+1),σ~2>0未知,且(ε,u~r)~r与(X,T)独立.模型(1)属于一类半参数的EV(Erorr-in-Varibles)模型,它表明变量Y关于(x,T)的回归函数E(Y|(X,T))呈偏线性的形式,且变量x不能直接观测到,所能观测到的是受了误差变量μ干扰的变量X.这类模型有着广泛的应用背景,如在经济、林业、建筑、生物、遥感等领     

解读宇宙的起源——2006年诺贝尔物理学奖简介

2006年度诺贝尔物理奖授予了在宇宙学研究领域取得杰出成果的美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特。他们发现的宇宙微波背景辐射的黑体谱和各向异性强烈地支持了大爆炸宇宙学模型并开启了“精确宇宙学”时代的大门。COBE之后宇宙学研究取得了一系列重大的进展。近年WMAP、SDSS等天文观测更加坚实有力的支持了大爆炸宇宙学模型,并对物理学提出了一些重大的、尖锐的挑战,诸如什么是暗物质?暗能量的物理本质是什么?     

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.     

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…     

普朗克常数

普朗克常数是1900年由普朗克首先引入来解释黑体辐射公式的,后来成为量子物理中一个最重要的常数。本文就该常数物理意义的演变和实验测定的进展作一简要的历史考察。一、普朗克常数的提出和爱因斯坦的贡献 1899年普朗克在研究封闭在一个具有理想反射壁空腔内的电磁辐射时,首先运用经典电磁理论,采用赫兹的振子模型导出电磁辐射能P(v, T)与振子平均能E(v, T)的关系式然后,为了找到E的适当形式,以使上式的P(v, T)与实验符合。普朗克付出了艰巨的     

编者按

<正>2015年是爱因斯坦提出广义相对论100周年.广义相对论的提出是人们对时间、空间和引力本质认知质的飞跃.100年来,广义相对论经历了时间的考验,从亚毫米到太阳系的尺度,广义相对论得到了精确的检验.甚至在宇宙学的尺度上,该理论也得到了检验.广义相对论对引力理论、相对论天体物理和现代宇宙学的发展起到了极其重要的作用.广义相对论最惊奇的预言之一是黑洞的存在.现代天文观测表明银河系中就存在这种非常特殊的天体.     

宙学新进展

20世纪初的1901年,第一次诺贝尔物理学奖授予X射线的发现者以来,物理学已有了很大的发展。从物质的终极夸克到宇宙的尽头,科学家在不断地努力进行探索。 诺贝尔奖级宇宙学 不久前,现代宇宙学的进展使人们以为似乎终可解开宇宙起源之谜了。其主角是基本粒子的大统一理论。那么其后它的进展状况如何?诺贝尔奖级的大发现现在又在何处呢? 据有关专家讲,80年代,基本粒子宇宙学没什么进展,90年代的宇宙学则转换成更重实证的观测。 虽说都一概称做宇宙学,当前却有三大不同类型的研究。①对150亿光年这一宇宙可见范围的天体进行观测;②对宇宙可见限度内的波动的     

现代宇宙学的创世观

在宇宙的普朗克时期,人们必须对引力相互作用进行量子力学处理,这是一项激动人心和极有潜力的物理研究、时间并不是从奇点开始的,宇宙也不创生于虚无,而是量子茸毛。量子力学的哥本哈根解释是非决定性的。量子宇宙学中有意义的几率应是由极值原理选择的几乎接近于1或者零的几率。从量子力学到量子宇宙学的发展,证实了钱学森的观点:在某些局限性下出现的非决定性问题,在更高层次中又会变成为决定性的。     

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     

宇宙中微子数值模拟研究获得重要进展

<正>由北京师范大学天文系张同杰教授主导的宇宙中微子数值模拟团队,运用国防科技大学研制的"天河二号"超级计算机,成功完成了3万亿粒子数的宇宙中微子和暗物质数值模拟,揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化进程.在模拟中首次测量到了中微子在宇宙结构中的微分凝聚(Differential Neutrino Condensation)效应,这种效应为当今和将来的宇宙学观测开辟了一条独立     

简并三能级原子在绝热极限下的量子非破坏测量

由于微弱信号的测量,如量子宇宙学中引力波的探测给实际测量提出了新的要求,Braginsky等人提出了量子非破坏测量的概念(quantum-nondemolition measurement 简称QND测量)即第一次测量对被测物体的待测力学量没有扰动,再次进行观测能重复第一次的测量结果的测量称为量子非破坏测量.正是由于它的这个性质引起了很多实验和理论物理学家的关注.本文通过研究一个简并的三能级原子与光场的相互作用,由精确解计算给出在绝热