原初连续功率谱宇宙模型下暗物质晕的质量函数

最近的宇宙学观测结果给出了一个具有原初连续谱功率指数(RSI-CDM)的ΛCDM冷暗物质宇宙模型,而不是标准的尺度无关谱(PL-CDM).基于这个结果,应用半解析近似,对Jenkins et al(J01)质量方程进行了研究,同时在各个连续谱指数暗能量宇宙学模型下计算出这些模型对应的宇宙中最大暗物质晕的位里质量.结果表明,PL-CDM和RSI-CDM宇宙学模型在低红移处有微小差别.与PL-CDM相比, RSI-CDM在低红移处小质量暗晕的质量丰度较大,但在大结构质量晕中两者差别不明显, 而且这个差异随着红移降低而增大.RSI-CDM在高红移处压低了任何尺度的暗晕质量丰度.关于最大位里质量,平坦空间ΛCDM宇宙学模型在PL-CDM和RSI-CDM都给出更多大质量天体.因此,对PL-CDM和RSI-CDM功率谱模型,都可以用最大位里质量来区别不同的宇宙学模型.     

非尺度无关谱宇宙学模型的强引力透镜效应

在一个空间平坦具有非尺度无光谱的暗能量加暗物质宇宙学模型下(RSI-∧CDM),计算了强引力透镜分离角的概率.结果表明,与标准的幂律谱指数的暗能量加暗物质宇宙学模型(PL-∧CDM)相比,在小于4"的分离角尺度上,RSI-∧CDM模型抑制了分离角的透镜概率.     

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.     

暗物质研究述评

近年来的天文观测表明,宇宙中只有约5%的物质是我们所了解的重子物质,其余约25%是暗物质,约70%是暗能量。暗物质和暗能量已成为现代科学中最重要的问题之一。介绍了当前暗物质研究的进展。     

Gpc径向尺度以上哥白尼原理的验证

哥白尼原理是现代宇宙学的基石之一.但是,Gpc径向尺度以上的哥白尼原理几乎没有得到确证.如果该类哥白尼原理遭到破坏,就会产生一阶各向异性运动学SZ（Sunyaev Zel＇dovich）效应.我们证明,如果这种破坏达到能够取代暗能量解释宇宙＂加速＂膨胀的程度,产生的运动学SZ效应功率谱将远远超出ACT/SPT实验的上限.该检验排除了空洞模型解释宇宙＂加速＂膨胀的可能性,证实了Gpc径向尺度以上的哥白尼原理,弥补了标准宇宙学中的一个漏洞.     

“悟空”玉宇探测暗物质——暗物质粒子探测卫星简介

 暗物质是当今科学研究的前沿热点研究领域。暗物质探测可以分为直接探测、间接探测和对撞机探测3类。其中间接探测是在宇宙线中寻找暗物质湮灭或者衰变产生的信号。2015年12月27号中国发射了第1颗用于暗物质粒子探测的空间科学卫星(DAMPE),它具有能量分辨率高、测量能量范围大和本底抑制能力强等优势,将中国的暗物质探测提升至新的水平。本文介绍暗物质粒子探测卫星的结构、性能优势和科学目标。     

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.     

暗物质间接探测现状

本文简介了暗物质间接探测的最新进展.主要介绍近年来PAMELA（Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics）卫星所探测到的宇宙线正电子超出的问题,及相关的理论解释.本文还介绍了PAMELA对于宇宙线反质子的测量结果,ATIC和Fermi卫星对于正负电子总能谱的测量结果等.另一个重要的结果来自于Fermi和地面实验对于伽马射线的测量结果,这些结果对暗物质性质给出较强的限制.     

ΛCDM宇宙中的弦圈演化

研究了∧CDM宇宙中的宇宙弦圈的演化,弦圈是否会从收缩相转入膨胀相将由暗能量的态方程参数确定．在当前的观测值范围内,现时宇宙不存在弦圈膨胀相,但在将来某一时刻t＊进入膨胀相．特别地,对于∧CDM宇宙t＊-t0=4．89Gyr。     

暗能量

最近的宇宙学观测表明,人类熟悉的原子物质(重子物质)只占宇宙总能量的4%左右,而剩下的能量成分都是看不见的暗物质和暗能量,其中暗物质占23%,暗能量占73%.当前,暗物质和暗能量的起源和物理本质都不清楚,揭开它们的神秘本质是现代基础科学所面临的最大挑战之一.暗物质虽然神秘,但是它所产生的引力是和原子物质一样的正常引力.而暗能量就不同了,它更加神秘莫测,它产生的引力实际上是一种排斥力.正是由于暗能量的排斥力的驱动,我们的宇宙现在正在加速膨胀.暗能量在当前的物理学理论框架下面临着严重的问题.实际上,它的物理本性和量子引力理论有着深刻的联系.因此,暗能量的理论研究将为自下而上地建立一个完整的量子引力理论提供重要的线索.在简要论述了与暗能量相关的各种问题来龙去脉的基础上,描述了这个领域的概况.     

暗物质的天文学探测

 暗物质和暗能量是宇宙主要的组成部分,被认为是\"笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云\",是基础物理与宇宙学研究最前沿的方向之一。对暗物质突破性的研究进展将极大促进人们对基本自然规律以及宇宙演化的理解。国际上对暗物质的研究极为重视,美国和欧洲都为之进行了详细周密的规划,开展了一系列的相关项目规划。中国也将暗物质的研究纳入了中长期规划,在过去的几年中国在暗物质探测方面实现了长足进步,在四川锦屏山地下实验室开展多项暗物质直接探测试验,暗物质粒子卫星作为中国空间科学先导专项的首发星,也是中国发射的第1颗天文卫星,2015年12月成功发射。通过观测暗物质粒子湮灭后的粒子产物,有可能在间接探测方向实现对暗物质研究的革命性突破。本文简介暗物质概念提出的历史与暗物质探测的天文学观测手段。     

暗能量与暗物质相互耦合的观测限制

暗能量是一种引起宇宙加速彭胀的排斥力,探索暗能量的性质是目前天文学和理论物理领域中最突出的问题之一。提供选取暗能量状态参数为常量和变量（随红移变化）的2种模型,并考虑在模型中加入一种被广泛采用的暗能量耦合形式Q=3αHρm进行数值模拟讨论。应用最新的观测数据对耦合模型的相关参数进行限制,得到了暗因子耦合强度的上限。对常量和变量耦合模型,〖JP3〗在1σ,2σ和3σ置信度内,代表耦合强度的参数分别为α≤0.017 6(0.022 5)(0.027 3)〖JP〗和α≤0.020 6(0.027 8)(0.034 5)。研究表明,这2种模型可给出与目前的观测结果相一致的参数范围。     

暗能量与暗物质相互耦合的观测限制

暗能量是一种引起宇宙加速彭胀的排斥力,探索暗能量的性质是目前天文学和理论物理领域中最突出的问题之一。提供选取暗能量状态参数为常量和变量(随红移变化)的2种模型,并考虑在模型中加入一种被广泛采用的暗能量耦合形式Q=3αHρm进行数值模拟讨论。应用最新的观测数据对耦合模型的相关参数进行限制,得到了暗因子耦合强度的上限。对常量和变量耦合模型,在1σ,2σ和3σ置信度内,代表耦合强度的参数分别为α≤0.0176(0.0225)(0.0273)和α≤0.0206(0.0278)(0.0345)。研究表明,这2种模型可给出与目前的观测结果相一致的参数范围。     

有限温度整体宇宙弦的引力场及其物质的吸积

本文讨论了有限温度整体宇宙弦的引力场及其物质的吸积，以及在有限温度运动整体宇宙弦对吸积物质的影响其结果与零温整体宇宙弦的性质有区别。     

二阶引力理论中宇宙弦的吸积

本文利用非线性二次引力理论，讨论了定壳弦在运动的时的吸积问题，与爱因斯坦引力理论的情况相比较，有一个高介吸收物质的作用。     

宇宙中物质的压力对宇宙年龄的影响

在标准宇宙学模型中,非相对论性物质(以下简称为物质)被视为无压的尘埃粒子[1],然而其合理性并未定量地证实过.Peebles[2]也曾提到过考虑宇宙中物质压力的必要性.目前的研究表明,在冷暗物质宇宙学模型基础上,宇宙中大尺度结构形成的高精度计算机数值模拟和理论分析都预言,在星系和星系团的中心应该有一个致密的核;然而这与目前的观测如星系团的引力透镜观测等相矛盾.最近Spergel等[3]假定冷暗物质之间存在着相互作用力,即存在着热压力,并对其做了深入研究,但也并未涉及其对宇宙年龄的影响.     

暗能量理论研究现状概述

近年来的大量天文观测表明,我们的宇宙正在经历加速膨胀,为此,暗能量已经成为现代宇宙学研究的最活跃领域之一.对暗能量理论方面的研究现状作了一个简要的概述.     

从COBE数据推算早期宇宙实物密度的相对涨落

依照目前的宇宙模型,宇宙之初是均匀而各向同性的。为了解释当前宇宙中观测到的各种星系结构,必须有某种机制导致均匀介质中出现结团以及结构演化。Jeans证明了一大团有质量的气体存在自引力不稳定性,它成为了宇宙结构演化的一般理论。在这个理论中需要早期宇宙各处存在密度涨落。另外,关于宇宙背景辐射的实验探测数据显示了背景光子温度存在微弱的各向异性,这些数据包含了有关基本宇宙参数,尤其是早期宇宙总能量密度和曲率的重要信息。通过对上述实验数据和理论的分析,从温度各向异性推算出了光子退耦时的密度相对涨落。