DAMPE首个宇宙线电子观测结果的科学意义

 1933年F.Zwicky利用光谱红移测量了后发座星系团中各个星系相对于星系团的运动速度。发现它们的速度弥散度太高,对应的质光比在100以上。因此星系团中应该存在大量的不可见物质,这开启了现代暗物质研究。之后陆续有支持暗物质存在的研究结果出现,1970年V.C.Rubin和W.K.Ford对仙女座大星云中星体旋转速度开展了高精度的光谱测量,探测到了远离星系核区域的外围星体绕星系旋转速度和距离的关系。观测结果表明在相当大的范围内星系外围的星体的速度是恒定的。这意味着或者牛顿引力定律是不正确的,或者星系中有大量的不可见物质并不分布在星系核心区,并且其质量远大于发光星体的质量总和。由此开始,星系及星系团中暗物质存在这一假说逐渐被天文学界广泛接受。     

宇宙中的结构形成

现代宇宙学的中心问题是宇宙中大尺度结构的形成问题.在标准等级成团结构形成理论中, 暗物质主宰着宇宙.今天所观测到的各种结构如星系、星系群和星系团,是通过引力不稳定 性形成.由于引力不稳定性,暗物质的小扰动先坍缩最终形成暗物质晕(或暗晕). 较小的 暗晕通过并合形成较大的暗晕.引力形成的结构的质量分布通常称为质量函数,由观测来确定[1-4]. Press等[5]。     

暗物质之迷

由星系团的运行速度观测而推测出来的宇宙中含有大量暗物质的理论似乎获得了大部分物理学界和天文学界的人的认同。而我却不认同此理论,因为事实上并不存大大量的暗物质,只要将整个星系的各个恒星对星系边沿的恒星的万有引力重新逐个计算并统计引力效应就能得到边沿恒星绕行所需要的引力值。使得万有引力的增大的原因在于临边陡增效应和力桥效应,并由此提出了万有引力新的表述。     

引力反平方定律的检验实验与轴子的质量限

基于轴子探测实验中两类相互作用间的关联,实现了两类轴子探测实验结果之间的相互转换,给出了检测牛顿引力反平方定律的实验所对应轴子质量限.结果表明:该质量限在目前轴子实验给出的轴子质量区间,扭秤是探测以轴子为媒介子的新宏观力的手段之一.     

星系团Abell 2255的恒星形成性质

研究了星系团Abell 2255中184颗成员星系的恒星形成性质.通过对这些星系的形态分类,发现星系光谱在4×10-7m处的跃变程度对区分星系类型非常有效.该星系团中星系的恒星形成活动和星系所处的环境有关,并且不同形态的星系随投影距离的变化趋势遵循不同的规律.此外还确认了团星系的金属丰度与恒星质量之间的相关性,并推断星系团Abell 2255是在单个星系形成后,经过引力相互作用而形成的,这一结果支持了等级成团理论.     

周宁:LHC“重出江湖”探寻暗物质

 在宇宙的物质成分中,大约70%不是由已知的物质构成,而是存在大量不可见的物质,天文学家很早之前就获得了支持这一观点的证据。20世纪,天文学家对许多涡旋星系的旋转速度进行了精确测量,他们发现星系外围部分的旋转速度远远大于预期,似乎有强劲的引力拉扯着那些外围的恒星,其拉扯强度远远超过可见恒星施加引力的总合。因此天体物理学家认为最合理的解释是,这些星系中包含一些无法被常规手段探测到的物质,却可能对星系施加引力作用,天体物理学家称这种目前无法探测到的物质为"暗物质"。     

探寻银晕暗物质的一个可能方案

依据星系自转曲线,对银河系旋转速度曲线进行合理外推,并应用引力势理论,得到银河系质量分布及外围的密度分布．结合 Ｂａｈｃａｌｌ和 Ｓｏｎｅｉｒａ 假设的密度模型,求出银河系外围的质量,即可能的暗物质质量．同时,对密度分布曲线内推,求出可视部分可能存在的暗物质质量．用这种方法得到的暗物质晕的质量,在误差范围内与前一种结果相符,说明用这个方案估算银河系暗物质晕的质量是可行的     

弱引力透镜的最优窗函数

光线的引力偏折会导致引力透镜效应,用它可以直接测量宇宙中暗物质的分布,而不用考虑其物理状态.宇宙中大尺度结构可以对遥远的星系产生弱引力透镜效应.最近几个研究小组观测到了弱引力透镜效应[1-2].由于其效应极其微弱,因此所有的观测在本质上都是许多星系的统计效应.在标准宇宙学模型中,物质的扰动起源于早期极小的、对称的高斯扰动.     

探寻银晕暗物质的一个可能方案

依据星系自转曲线，对银河系旋转速度曲线进行合理外推，并应用引力势理论，得到银河系质量分布及外围的密度分布，结合Ｂａｈｃａｌｌ和Ｓｏｎｅｉｒａ假设的密度模型，求出银河系外围的质量，即可能的暗物质质量，同时，对密度分布曲线内推，求出可视部分可能存在的暗物质质量，用这种方法得到的暗物质晕的质量，在误差内与前一种结果相符，说明用这个方案估算银河纱暗物质晕的质量是可行的。     

星体内部的暗物质粒子

从量子力学角度研究了暗物质与星体的相互作用,通过暗物质粒子的性质分析,星体内部的暗物质粒子受引力势作用,构成球谐振子.求解三维各向同性暗物质粒子谐振子的Schr9dinger方程,得到其波函数及能量,并得到能量子的表达式和具体数值.     

星系中心大黑洞的宇宙学演化

在冷暗物质晕等级成团宇宙学模型中,伴随着暗物质晕并合,星系中心黑洞也断地并合和增长.于展Press-Schechter公式（EPS）我们编写了一自适应时间长Monte Carlo程序,重构了表征暗物质晕等级成团并合树.在成功地建立了黑洞和暗物质晕宇宙学演化模型后,我们通过引入直接吸积（包标准薄盘吸积和磁流体力学吸积）和随吸积两类黑洞吸积模式,论了黑洞自旋和质量宇宙学演化.通过与观测到AGN光度函数比较,我们发现黑洞通过磁流体力学吸积模式增长,与观测符合最好.于以上理论框架,我们还研究了双大质量黑洞演化,发现双黑洞通过共转气体吸积盘吸积对双黑洞质量比分存在显著影响.     

旋涡星系旋臂的准确图样

根据已导出的旋涡星系扰动引力势的一般形式解,考虑在无限薄盘(α→∞)的情况下,作旋臂图样曲线.适当地调节参量Ω_P 和 B(m,n),计算得到的理论曲线与实际观测到的旋臂符合较好.克服了由林家翘理论作出的旋臂图样与实际旋臂有时相差甚远的问题,并利用星系 M_(51)的旋臂作了这2个理论的比较.     

SIM(2)引力规范理论

基于宇宙微波背景辐射(Cosmic Microwave Background Radiation,CMB)的各向异性观测结果和马赫原理,假设了洛伦兹(Lorentz)对称性从大于星系尺度开始破缺,并基于这个动机以SIM(2)规范理论为例,诠释了所谓的"暗物质效应",意即天文观测上对牛顿-爱因斯坦(Newton-Einstein)引力理论预言的偏离,可以由小尺度上Lorentz对称性的破缺在大尺度上的累积呈展出来.分析了SIM(2)规范理论,在场运动方程之外得到了8个约束方程,并且将独立contorsion分量个数也约化到了8个.得到了contorsion是非平庸的,并且即使在没有物质分布的区域也会贡献一个等效的能一动张量分布.最后,分析了在弱场近似下的度规柱对称解,分析了此解的性质.     

首次绘制出宇宙暗物质分布图

借助哈勃太空望远镜和计算机模拟技术，美国一个研究小组首次绘制出两个星系簇中宇宙暗物质的分布。分布图支持了关于暗物质的理论假设。暗物质（包括暗能量）被认为是宇宙研究中最具挑战性的谜题，它代表了宇宙中90％以上的物质含量，而我们可见的世界只占宇宙物质的10％不到。暗物质无法直接观测，却能干扰星体发出的光波或引力等，其存在能被明显感受到。科学家曾对暗物质的特性提出了多种假设，但还没有得到足够的验证。     

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.     

物体自身质量时变的引力理论

本文通过牛顿引力定律和爱因斯坦的质能关系式,得出了引力场中光子能量的变化关系,进而根据引力相互作用是通过物体在其周围空间产生引力场来实现的;从而导出了物体由于辐射引力子而使物体自身质量随时间变化的规律;利用物体自身质量随时间的变化关系,推导出了类似于哈勃定律的红移与距离的关系,并推导出了与牛顿引力势相对应的引力子能量“面密度”的表达形式以及与引力场强度相对应的引力子能量“面密度”的梯度,得出引力来源于物体自身质量衰减的结论。以此为基础,明确了宇宙中下落不明的质量之所在,解决了“引力疑难”和奥勃斯佯谬,论证了“宇宙空间的膨胀”并给出了空间膨胀与时间的关系和空间膨胀速度与距离的关系,揭示了宇宙空间膨胀的能量来源,推测出了具有公转运动的天体公转周期随时间逐渐变长的关系并找到了相应的证据,还推测了地球自身的膨胀并给出了地球半径随时间的变化关系以及相应证据,还推测出地球自转角速度随时间而变慢,最后对类星体之谜进行了讨论并给出了相应的检验方法。     

膨胀宇宙的收缩

本文以三维平直空间和牛顿引力理论为出发点，计算了宇宙的总质量。计算结果小于天文观测的所有星系的质量（本文把它当做宇宙的总静止质量）。由此得出结论，宇宙是一个束缚体系，它不会永不休止地膨胀下去。     

对牛顿万有引力定律的一种可能的修正

本文对牛顿万有引力定律提出了一种非黎曼几何的相对论性的可能修正公式。并且只用三维平直空间的简便数学方法,得出了近日点进动、引力红移、光线偏折和雷达回波延迟等引力效应。结果与用黎曼几何表述的广义相对论和实际观测相符。     

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     

星系并合与相互作用的数值模拟和观测统计

在等级成团的结构形成过程中,星系并合与相互作用是非常普遍的现象.在引力的作用下,进入主暗晕的卫星星系受到动力学摩擦的作用而落入暗晕中心与中央星系并合;星系团中的星系高速交汇给星系内部注入能量从而改变着星系的形态;来自星系团的引力场对其中的星系进行着潮汐剥离甚至将其打散.星系的并合与相互作用在星系的演化中起着重要的作用,不仅能改变星系的形态,对星系的恒星形成性质产生影响,而且与活动星系核的演化相关联.借助数值模拟的理论研究与观测研究的共同发展,促进了人们对这一领域的认识,尤其是星系的理论并合时标、观测到的星系并合统计量及演化、并合在大质量星系的质量和大小增长中的作用等.