暗能量:天文学上的一道难题

一 宇宙微波背景辐射与暗能量 2003年7月23日,美国匹兹堡大学瑞安·斯克兰顿博士领导的一个多国科学家小组宣称,发现宇宙暗能量存在的证据。这个小组在研究中,借助了美国"威尔金森微波各向异性探测器"(WMAP)卫星的观测数据,这颗卫星主要用于对宇宙微波背景辐射的微小变化进行观测。宇宙微波背景辐射是"大爆炸"后的产物,其中的光子在宇宙中穿     

漫谈粒子和宇宙二十一 现代宇宙学简说（续）

宇宙微波背景辐射 宇宙微波背景辐射是一种充满整个宇宙的电磁辐射。其特征和绝对温标2．7开的黑体辐射相同,频率属于微波范围。宇宙微波背景辐射大约产生于大爆炸后的三十万年。     

宇宙反物质与阿尔法磁谱仪

宇宙反物质与阿尔法磁谱仪○李良刊１９８５年第１０期陆琰同志的文章：发现宇宙微波背景辐射２０周年及１９９０年第９期洪方同志的文章：发现宇宙微波背景辐射的故事。本文不再赘述。但要指出的一点是：因为微波背景辐射充斥在整个宇宙中,一般电视机的天线有时便可以接...     

宇宙信息

气球观测证明　　宇宙是平直的　　　　最近 ,一只飞越南极的气球所做的观测证明 ,空间就像希腊几何学家曾预言的那样是平直的 ,而不是弯曲的。ＢＯＯＭＥＲＡＮＧ (河外毫米辐射和地球物理气球观测 )的计划是1 998年底实施的。在 1 998年 1 2月到 1 999年 1月的 1 0天里 ,气球一直在南极上空飘浮。气球上载有一架 1 2米射电望远镜 ,用以测量来自空间的宇宙微波背景辐射。宇宙学家认为宇宙是 1 2 0～ 1 50亿年前大爆炸产生的 ,微波背景辐射是大爆炸的余烬。1 992年一个称为ＣＯＢＥ(宇宙微波背景探测器 )的地球轨道卫星测出了微波背景辐射…     

对宇宙微波背景辐射的深入探索

宇宙微波背景辐射在１９６５年被发现后,科学家们对来自天空四面八方的这种辐射继续做深入的探索。该辐射最重要的特征之一是具有很好的黑体辐射谱,从００５４厘米直到数十厘米波段内的测量表明,背景辐射是温度近于２７开的黑体辐射,习惯称为３开背景辐射。黑体谱...     

河外星际尘埃辐射对微波背景辐射的影响

本文借助于观测到的大、小麦哲伦云的星际尘埃辐射，估计总星系内的“冷”星际尘埃热再辐射对宇宙微波背景辐射的影响．结果表明：总星系内的星际“冷”尘埃的热辐射所形成的背景辐射对微波背景辐射的扰动强烈地依赖于宇宙减速因子和“冷”尘埃量，在宇宙背景探测者（ＣＯＢＥ）的观测结果的限制下，无论宇宙减速因子取何种值，“冷”尘埃所占的比例都是非常少的，如果Ｏｓｔｒｉｋｅｒ所作的平均每个星系内由尘埃产生的蓝光光深τＢ＝０．５的假定是合理的，那么星际尘埃量随温度的分布是非常不均匀的。     

VMOs电离宇宙对3K背景辐射的Zeldovich效应

本文假设星族Ⅲ是由大质量恒星VMOs组成,VMOs的高光度辐射将使背景宇宙重新获得电离。我们讨论了宇宙热电子对宇宙微波背景的康普顿散射效应。结果表明,VMOs时期的电离宇宙将使3K背景辐射产生一个畸变,在低频的瑞利一金斯频率范围,温度偏差为:凸T_0/T_0～10~(-3)—10~(-5),一旦这个量被观测到,将是对VMOs现象进行确证。     

尘埃的宇宙学效应

基于新发现的2—5μm的红外背景和星系前星,我们讨论了各种模型的尘埃对3K宇宙微波背景谱所产生的影响。结果表明,如果中性氢的含量很少,即星系前恒星的辐射谱无Lyman截止,尘埃的再辐射将使3K背景辐射在其峰值频率附近产生0.1K—0.2K的畸变,而与模型无关。反之,如果中性氢的含量很高,则尘埃的再辐射将不可能使3K宇宙微波背景谱产生畸变。     

宇宙微波背景辐射的观测和理论

介绍了有关宇宙微波背景辐射（ＣＢＲ）观测和理论研究的最新进展。叙述了基于ＣＯＢＥ卫星的观测宇宙学,包括对背景辐射谱,各向异性的观测结果及其理论意义;并系统介绍了ＣＢＲ各向异性形成的种种机制;展望了下一代宇宙微波背景探测器（ＭＡＰ和ＰＬＡＮＣＫ）的科学目标和主要技术参数。     

宇宙核合成问题简介

在大爆炸宇宙学的三大观测支柱中,１９２９年哈勃（Ｆ．Ｈｕｂｂｌｅ）发现的宇宙膨胀反映了宇宙的现状,彭齐亚斯（Ａ．Ｐｅｎｊｉａｓ）和威尔逊（Ｒ．Ｗｉｌｓｏｎ）于１９６５年发现的宇宙微波背景辐射只能追溯到宇宙创生后的几十万年时的情景,因为再往前去,大爆炸...     

宇宙大尺度结构和原初扰动非高斯性研研究进展

宇宙微波背景辐射(CMB)探测和大尺度结构(LSS)巡天是两种研究宇宙演化的重要手段。近年来高精度的宇宙微波背景辐射实验和大尺度结构巡天可以对今天的宇宙学模型给出精确测量,比如宇宙曲率、暴胀模型参数和原初非高斯性等。宇宙大尺度结构的原初非高斯性揭示了在甚早期宇宙中引发大尺度结构的原初扰动的物理诱发机制,有效地对不同暴胀模型进行区分,是研究甚早期宇宙的有效工具和手段。但是最近的研究结果表明,很多大尺度结构巡天的数据被系统误差严重污染,如大气视宁度、天光背景等,这些误差导致由大尺度结构巡天数据给出的原初非高斯的研究结果与实际情况相差甚远。大尺度结构巡天数据的系统误差消除和它对限制宇宙原初非高斯性的改善,对更好地了解甚早期宇宙具有重要意义。     

微波背景辐射与宇宙大尺度结构的形成

本文综述了近年来国际上对微波背景辐射的各向异性和谱畸变问题的主要研究成果。这一研究可以提供早期宇宙演化的重要信息,对研究初始密度扰动谱、宇宙暗物质、星系及宇宙大尺度结构的形成以及复合之后的再热过程都具有重要意义。     

被星族Ⅲ加热的尘埃辐射谱

本文根据星族Ⅲ在有Lyman截止和无Lyman截止情况下,分别讨论了被星族Ⅲ(形成星系前的大质量恒星)加热的尘埃的辐射谱。利用数值积分方法,我们得到了尘埃在这两种情况下的辐射谱曲线。主要结果是:(1)如果星族Ⅲ的辐射谱无Lyman截止,即中性氢含量很少,尘埃的辐射将是很强的。它必将使宇宙微波背景在峰值附近产生0.1—0.3K的畸变,而且一定能在100μm<λ<1000μm波段被观测到。(2)如果星族Ⅲ的辐射谱有Lyman截止,即其内的中性氢的含量很大,这时尘埃的辐射与微波背景相比是极其微弱的,显然它不会使宇宙微波背景产生畸变,而且也不可能被观测到。因为它已被宇宙微波背景所掩没。(3)利用气球或卫星进行200μm<λ<1000μm波段的搜索,以判断上述两种情况何者正确,从而得到宇宙学的一些重要信息。     

字宙的早期温度探明

5月19日一个由印度天文学家领导的研究组宣布成功地测量出早期宇宙的温度,那时宇宙温度为零下264摄氏度,这比如今宇宙微波背景的零下270度略暖和一些。研究小组实际测量的是110亿光年之外一个类星体中一氧化碳的温度,他们测量了一氧化碳的波长,该波长受星系中气体温度的影响,而这些气体温度的加热则来自于宇宙微波背景辐射。     

亚毫米波段的红外背景

Matsumoto等人所探测的一种新的亚毫米波段宇宙微波背景辐射表明在300μm和1000μm之间有过量的辐射,这个大的过量辐射相应于其黑体背景的10％。本文利用由星际的硅酸盐粒子和石墨粒子构成的宇宙尘埃模型得到了Matsumoto所观测到的这一亚毫米波段过量辐射。我们的结论是:(1)星系前的VMO_s推测是正确的;(2)VMO_s的产生年代可能是z=80附近;(3)中性氢含量很少;(4)在宇宙中,尘埃的主要成份是硅酸盐粒子,碳微粒是第二组成部分。     

发现宇宙早期有微波背景辐射

天文学家第一次证明,完全像大爆炸理论所预言的,过去存在宇宙微波背景辐射(CMBR),并有较高的温度。据认为CMBR是在宇宙诞生后大约300000年时产生的,当时的温度是3000℃。自那时以来,宇宙已膨胀了1000倍。由于辐射的波长延伸,如今它的温度已降到了-270℃。     

喑能量的理论模型

自1998年超新星观测发现宇宙加速膨胀以来,暗能量问题已经成为当前天体物理和宇宙学研究中最重要的问题之一。此后关于宇宙微波背景辐射和大尺度结构的测量也进一步支持了1998年的发现。该文首先概述了宇宙学的起源,然后详细介绍了目前解释宇宙加速膨胀机制的三类模型,包括各模型提出的动机、存在的优缺点,以及当前的主要进展等。最后对暗能量模型作了总结和展望。     

射电宁静类星体对γ射线背景的贡献

EGRET的观测确认并给出了新的各向同性的γ射线背景,已知的γ辐射天体不足以提供这么多的辐射.同时EGRET也揭示出一批未发现射电波段对应体的γ射线源,它们均匀地分布在天球上,表明可能是宇宙学起源. Wang(2008)提出一种新的、由AGN的辐射反馈驱动的γ射线辐射过程,辐射的能量峰值落在1GeV-0.1TeV之间,光度典型值达到1042-1043ergs s-1.射电宁静类星体中的这种辐射过程使得它们成为潜在的γ辐射源,并对γ背景产生贡献.考虑逆康普顿散射的种子光子分别来自类星体吸积盘和宇宙微波背景这两种情况,发现前一种情况在～1GeV处贡献了78%-92%的背景辐射强度,后一种情况的贡献可以忽略.射电宁静类星体很可能成为对1GeV附近,γ射线背景贡献最大的天体.     

暗能量的理论模型

自1998年超新星观测发现宇宙加速膨胀以来,暗能量问题已经成为当前天体物理和宇宙学研究中最重要的问题之一.此后关于宇宙微波背景辐射和大尺度结构的测量也进一步支持了1998年的发现.该文首先概述了宇宙学的起源,然后详细介绍了目前解释宇宙加速膨胀机制的三类模型,包括各模型提出的动机、存在的优缺点,以及当前的主要进展等.最后对暗能量模型作了总结和展望.     

宇宙中真的存在暗能量吗

2000年,天文学期刊广为报导的观测宇宙学的两项重要发现是:对几十亿光年之远的Ia型超新星的观测得出宇宙在加速膨胀的结论(见本刊2000年第5期第25页的短文)和Boomerang对微波背景辐射的观测得出宇宙是平直的结论(见本刊2000年第6期第33页所载有关的宇宙信息)。这两项发现使许多天文学家和宇宙学家相信宇宙内存在着以宇宙学常数λ为标志的暗能量(Dark Energy)。真的如此吗?人们自然会关注后续报导,现在向读者介绍几则于下。