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。     

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.     

暗能量构成热斑

天文学家通过探测暗能量对大爆炸余波留下的辐射的影响,发现了与宇宙的加速膨胀有关联的暗能量存在的新证据。 由匹兹堡大学Ryan Scranton领导的天文学家将宇航局Wilkinson微波各向异性探测器(WMAP)绘制的宇宙微波背景图与Sloan数字巡天绘制的星系图加以     

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。     

天文——探索神秘宇宙的奇妙学科

一百年莉 一百年以前,我们对天文学的认识完全不能和今天相比。当时人们并不知道宇宙大爆炸、宇宙膨胀,也不知道宇宙的年龄、宇宙的尺度。正如宇宙微波背景辐射那样,当时人们对于宇宙膨胀和暗能量这些概念是完全想象不到的。我们对银河系外的星系知之甚少,对星系团和暗物质则完全不了解。而对于活动星系核、黑洞和喷流（图1）,我们也是一无所知。我们甚至都还没观测到中性氢或巨分子云（图2）。     

基于Fermi-LAT数据的暗物质湮灭线谱搜寻及悟空号的伽马射线分析软件开发

正在现代的天体物理观测中,有许多天文现象包括星系旋转曲线、星系团的质量测量、宇宙微波背景辐射的角功率谱等,难以用现有模型进行解释.它们跨越多个尺度—小至星系尺度,大至整个宇宙尺度,需要在模型中额外引入一定的质量才能令观测现象得到很好的解释,而提供这些质量的"物质"却难以用通常的电磁波或中微子手段探测到.这部分物质被称为"暗物质".根据现有的观测结果,它们应具有正常的引力相互作用,没有强相互作用和电磁相互作用,寿命很长(显著长于宇宙的寿命).对暗物     

暗能量走开

众所周知：1998年,以珀尔马特（Saul Perlmutter）和施米特（Brian Schmidt）为首的两个小组对几十亿光年之遥的IA型超新星观测的结果发现这些超新星的亮度平均说来比理论预期值要暗20％或30％,从而认为宇宙在加速膨胀。对此,一些天文学家认为这是由于宇宙中存在着产生斥力的暗能量。但暗能量是什么？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,     

发现暗能量

一个国际天文学家小组借助哈勃空间望远镜的观测资料,设计的计算机模型发现了银河系附近才宙存在暗能量的证据。宇宙就像一个暗能量之海,数十亿个星系是漂浮在这个海洋上的岛屿。1929年美国天文学家哈勃证明星系彼此远离,支持大爆炸以来字宙一直在膨胀的理论。1998年,宇宙学家提出一种不寻常的,称为暗能量的力实际上在导致宇     

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…     

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。     

天文学家发现暗能量存在的新证据

8月7日,来自美国夏威夷大学天文研究所的天文学家们宣布,发现迄今为止最确切的暗能量存在证据。夏威夷大学的天文学家通过比较已知的星系数据库和宇宙微波背景图像,在宇宙大尺度结构（诸如超星系团、巨洞）中探测到了暗能量的存在痕迹。“我们现在能有效地捕捉暗能量的踪迹了,正是它扩张出了巨大的空洞和超星系团”,他们说。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

三十米巨眼 窥宇宙

天文学正处在一个黄金时期。在过去的半个世纪里,天文学家借助口径不断扩大、设计愈发精密的新一代望远镜和其他设备,做出了许多重大发现：类星体、黑洞、引力透镜弧、系外行星、伽玛射线暴、宇宙微波背景、暗物质和暗能量部位列其中。近二十年来,随着天文观测卫星和8—10米口径陆基望远镜的投入使用,我们对宇宙的认识又有了一幅新的图景：这是一个由我们还不甚了解的暗物质和神秘的真空能（即“暗能量”,其特征是能置密度不变）所主导的宇宙。随着认识的进步,全新的、也更加基础性的问题摆在了科学家面前。     

GALEX用紫外光窥探宇宙

GALEX：为确认宇宙暗能量立功 2011年五月间,国外多家媒体报道星系演化探测器（GALEX）协助证实暗能量的本质。一项为期5年、针对200000个星系的巡天观测计划,回溯了70亿年的宇宙时光,结果给出最好的独立证据之一,即暗能量正让宇宙加速膨胀。此次研究中采用的方法之一是测量宇宙中星系大尺度分布情况。新发现的完成得益于星系巡天观测使用了美国宇航局8年前发射的GALEX以及澳大利亚塞丁泉（Siding Spring）山的英一澳望远镜得出的数据。     

H(z)数据对相互作用暗能量模型的观测研究

结合最新的哈勃参量H(z)观测数据、重子声学振荡(BAO)数据与普朗克卫星观测得到的宇宙微波背景辐射(CMB)数据,利用马尔柯夫链蒙特卡洛算法(MCMC)对一种相互作用暗能量模型进行了观测限制.这3种数据联合限制得到的各参数的最佳拟合值及1σ误差范围分别为:物质能量密度参数?m=0.266+0.028-0.028,相互作用因子γ=0.090+0.100-0.098,暗能量状态方程参数wX=-1.307+0.263-0.269,哈勃常数H0=74.20+4.66-4.56.相互作用耦合参数γ0表明能量正在从暗物质转移到暗能量.然而,宇宙学常数模型中的巧合性问题在1σ误差范围内依然可以轻微缓解.为了更好地做出比较,还利用BAO+CMB组合数据及单独的H(z)数据对该模型进行了考察,得到的结果如下:(1)H(z)数据能对相互作用参数γ给出更好的限制结果;(2)ΛCDM模型仍然是与观测数据符合得最好的模型,耦合参数γ与其它模型参数(?m,H0)相互关联;(3)在考虑了暗能量与暗物质间的相互作用之后,超新星局域距离阶梯测量与普朗克观测对H0限制结果的冲突问题能够得到一定程度的缓解.