话说宇宙学常数

爱因斯坦的引力学说和广义相对论,除对牛顿引力理论做了众所周知的改进外,还在其1919年提出的引力方程式中,首次引进了宇宙学常数∧。这样,便意味着宇宙中存在负的引力质量,产生斥力,以与普通物质的引力相抗衡,使整个宇宙保持静态。但是,在哈勃于1923年发现宇宙膨胀现象之后,爱因斯坦极度后悔,称此事是他一生中所犯的最大错误,又放弃了宇宙学常数项。 20世纪80年代兴起的暴涨宇宙学说却认为正是因为极早期宇宙中∧不为零,导致宇宙在极短时间内急剧膨胀,但在今日的宇宙中∧=0。1998年初,两个天     

修改引力宇宙学下的大尺度结构非线性演化

主要研究了修改引力论在非线性尺度上的表现。现在已经存在很多修改引力论的模型,如f（R）,DGP,Mond等,但是在工作中并没有使用别人已经提出的修改引力论方法,因为首先不可能去对所有的修改引力论模型都进行研究;其次重点研究的是修改引力对于宇宙中的物质分布在非线性尺度上的影响,而各种修改引力论对于物质聚集的影响是相似的,都可以通过一个参数表达出来。因此笔者提出一种修改引力论的方法,引进了一个简单参数ζ。这个参数ζ定义为G_eff/G/-φ/Ψ,这里G_eff是有效牛顿常数,G是牛顿常数,φ和Ψ则是时空度规的标量扰动方程中的两个势。这个ζ参数在广义相对论的基础上修改了物质粒子受到的加速度,加大或者减小这个参数会相应地改变物质粒子的加速度,进而会加快或者减慢大尺度结构的形成。这种对大尺度结构在线性尺度上的影响可以通过理论计算得到,但是大尺度结构的非线性增长无法通过理论计算得出,现在只有借助已经发展得比较成熟的数值模拟方法来研究这个问题。该文修改了现在已经比较成熟的数值模拟程序GADGET-2,加入了ζ参数。在进行数值模拟之前,首先检验了数值模拟的质量分辨率、模拟尺度,以及初始红移对最终物质功率谱的影响,并且证实修改后的GADGET-2程序是正确的。设定不同ζ参数的值,ζ=0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,1.5,这里ζ=1.0对应标准宇宙学,然后对每个ζ值运行了一组数值模拟。为了减少数值效应对最终结果的影响,并且突出显示修改引力论在非线性尺度上的表现,没有简单直接地使用不同ζ值物质功率谱来做比较,而是精巧地设置不同ζ值的输出红移,使不同ζ值在其对应的输出红移处有相同的线性功率谱,并且最终使用了ξ=ζ≠1.0/ζ=1.0这个比值参数来研究修改引力论在非线性尺度上的表现。通过宇宙学尺度上的数值模拟和高精度的小波物质功率谱方法,我们研究了ζ参数对物质在非线性尺度上增长的影响。通过ξ这个参数,在线性功率谱相同的时候,比较了不同ζ参数的功率谱在非线性尺度上相对于标准宇宙学模型的偏离。得到重大的发现:大尺度结构在非线性上的增长并不是想象的那样,较大的ζ参数加大了物质粒子的加速度,进而在线性和非线性尺度上都加快了结构形成,反而是在线性功率谱相同的时候,较大值的ζ给出了较小的非线性功率谱。这个发现也证明HKLM假定的不正确,从而证明基于这个假定的功率谱拟合公式（PD96,Smith2003）不适用于修改引力论,直接将这些功率谱拟合公式推广到修改引力论是不正确的。基于这个ζ参数的修改引力论模型,利用一系列的数值模拟的结果,为修改引力论提出了一个新的拟合公式。这个新的拟合公式不是对现有的这些拟合公式做推广,而是借助于标准宇宙学下的非线性功率谱,通过几个简单的参数就可以得到对应不同ζ值的非线性功率谱,而且其精度保证在5%以内。利用这套数值模拟的结果,我们进而研究ζ修改引力论下的本动速度场的功率谱、暗晕的质量方程,以及暗晕的性质。这些工作为我们从观测上区分修改引力论和广义相对论提供了理论指导。     

中国天文学家提出探索暗物质和暗能量的新方法

2008年7月,上海天文台张鹏杰研究员与国家天文台陈学雷研究员在《Physical Review D》上发表了题为（Type Ia supernovae as speed sensors at inter-mediate redshifts》的论文,阐述了通过Ia型超新星的视亮度变化来测量中等红移处宇宙大尺度本动速度,从而探索暗物质、暗能量和宇宙学尺度上引力性质的方法。     

中子星内部中微子辐射的相对论修正

通过相对论平均场理论和相关的弱相互作用冷却理论,在有、无超子两种情况下的中子星物质中研究含相对论效应的中子星冷却性质,并且与非相对论情况进行对比分析.考虑到极微小尺度上的引力会偏离牛顿引力,引入引力修正效应.结果表明中微子辐射的相对论效应降低了中微子发射率、发光度以及星体的冷却速度.在考虑引力修正的无超子的中子星物质中,相对论效应所引起的星体冷却速度降幅最大,对于两倍太阳质量的传统物质中子星可达56%,而超子物质中降幅最小,约为38%.     

宇宙中大尺度非线性结构

宇宙物质在大尺度上成团是宇宙学的基本问题.本文综述了金斯理论和泽利多维奇近似,指出:双成分自引力系统的非线性相互作用的动力学描述是大尺度成团的现代研究课题. 详述了过去在这个课题方面被我们获得的结果.表明:自引力系统的结构可由一组非线性藕合方程描写:扰动场能塌缩并形成类薄饼结构.在宇宙条件下,我们得到了星系团、超团和巨洞的特征尺度.     

是什么推动宇宙加速膨胀

对若干遥远星系中Ⅰa型超新星的观测,以及威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）提供的信息和星系斯隆数字巡天（SDSS）的结果都表明宇宙确实在加速膨胀。宇宙加速膨胀说明宇宙中存在着一种排斥力,这种力在星系尺度内并不重要,但在星系之间的环境下,它的作用就十分明显,大多数天文学家认为这种排斥力源于宇宙内存在着的暗能量。但暗能量究竟是什么？一种建议认为暗能量就是爱因斯坦在用广义相对论说明宇宙时,为使宇宙模型维持静止状态而引进的以宇宙学常数（cosmological constant）λ为标志的暗能量,λ与普遍存在于真空空间内的反引力有关,其主要特征是能量密度在宇宙长河的所有时期保持不变,是一个恒量;另一种建议是斯坦哈特（P.Steinhardt）等人提出的充斥在空间中的精质（quintessence）,这种形式的暗能量不是恒定不变的,因时间和空间而异,一些理论工作者建议修改引力学说来说明宇宙加速膨胀现象。美国费米实验室的宇宙学家科尔布（Rocky Kolb）则认为星系在空间分布的不均匀是导致宇宙加速膨胀的诱因。     

在后牛顿引力理论(PPN形式)中引力常数变化对地球自转产生的效应

介绍和论述了在后牛顿引力理论(PPN形式)中在优越参考系和非优越参考系中经过参数化后引力常数变化对地球自转产生的效应,其中特别重点介绍了年周期变化的效应。此外也将理论结果同观测结果相对比。     

基于红移畸变测量宇宙结构增长率的进展

星系红移巡天的一个主要目标是依据光谱红移测距,详细刻画宇宙中星系的三维空间分布。由于星系本动速度的存在,红移空间的星系分布存在着严重畸变,在大小尺度上有着不同模式的各向同性偏离。通过对红移畸变的观测研究,人们可从中获取速度场的信息,因此,红移畸变已成为暗能量探测的重要探针之一,为检验宇宙学尺度上的引力模型提供帮助。当前星系红移巡天项目已经取得了非凡成功,为人们提供了详细的星系空间分布数据。人们据此测量了星系的相关函数和功率谱,提取了精确的红移畸变信号,并通过模型拟合限制出了一批不同红移处宇宙结构增长率的估值,为探索宇宙尺度的引力模式提供了数据支持。主要介绍红移畸变模型、星系红移巡天观测和宇宙结构增长率测量等研究进展。     

宇宙信息

宇宙信息新测定的哈动常因哈勃常数对河外星系距离尺度和宇宙年龄的确定是关键，最近的哈勃常数的测量结果，使天文学家感到意外，向公认的宇宙学理论提出了挑战。印第安纳大学的皮尔斯和５位加拿大天文学家观测室女座星系团的漩涡星系ＮＧＣ４５７１中的三颗造父变星确定...     

LIGO的O1/O2引力波事件对Einstein-aether理论限制能力探讨

广义相对论是继牛顿万有引力理论后,在强引力场、强动态时空区域更精准的引力理论,大量的天文观测验证了广义相对论的正确性.但广义相对论与量子理论在逻辑体系上不相容,广义相对论还存在时空奇点的理论问题,宇宙学中还存在暗物质和暗能量的引力本质问题等.在使用Yunes等人提出的Einstein-aether理论修改引力波模板的基...