膨胀宇宙中可视物质与不可视物质在分布上的差别的形成

宇宙中的可视物质与不可视物质具有相当不同的密度分布.前者在星系、星系团和超星系团的尺度上有明显的成团,而后者的分布则是较为均匀的,本文讨论了在Jeans成团阶段,可视物质与不可视物质之间形成这种差异的可能性.对于两成分宇宙,只要引力扰动的增长时标和衰减时标满足一定的关系,该扰动就可以在一种成分中引起增长响应,而另一成分中却是衰减的.具体计算了由两种无碰撞气体所构成的宇宙中非均匀性的发展.发现:只要成分1及2的密度及Jeans长度满足ρ_1 ρ_2,λ_(1J)λ_(2J),则无论初始扰动是在成分1中,还是成分2中,发展的结果都是成分1中具有大的非均匀性,而成分2中只有小的非均匀性.如果不可视物质主要是有静质量的中微子,则上述结果就可以用来说明不可视物质的密度分布的准均匀性.     

宇宙的大尺度结构

在宇宙的已观测的范围内,从尺度10~(10)cm直到10~(26)cm可视物质的分布是不均匀的。对星系三维分布的研究结果表明,绝大多数的星系集中在由星系的带、群和团组成的超星系团中;而在超星系团之间是几乎没有可视天体的巨洞。宇宙的大尺度结构(在尺度10Mpc—10~2Mpc上星系分布不均匀性的特征)似乎是网状的。对类星体红移分布的统计分析结果表明,在大尺度结构中可能有周期性分布的成分。周期尺度是10~2Mpc的数量级。 在另一方面,关于微波背景辐射的温度起伏的观测(δT/T 10~(-5),在角尺度10′—180°的范围)表明,宇宙中的物质在更大尺度(10~3Mpc)上的分布是均匀的。 大尺度结构是怎样从早期均匀的背景宇宙中增长起来的?这是在宇宙学中最重要也是最困难的问题上一;要解决这个问题需要有关于宇宙的完善的模型。目前所流行的、关于大尺度结构的理论,基本上是以膨胀宇宙论和密度扰动的理论为基础的理论。 在绝热密度扰动(假定初始扰动是绝热的)的方案中,有两种观念特别值得注意: 1,宇宙密度波的观念。在早期宇宙中的扰动有可能在氢复合前形成有物理意义的相干波列;这种波——“宇宙密度波”在氢复合之后有可能影响物质的分布。作为宇宙密度波的可观测遗迹,可以解释已观测的星系分布不均匀性的上限尺度,以及在类星     

有静质量中微子对宇宙早期成团过程的影响

本文讨论有静质量中微子对宇宙早期的Jeans不稳定性阶段的成团过程的影响。把早期宇宙作为两成分流体处理,一种成分是退耦后的中微子,另一种成分是物质及辐射,二者之间仅通过引力相耦合。主要的结论是:(1)有静质量中微子将引起复合时期之前的物质成团过程;(2)这种先复合期的物质成团的质量主要处于星系团的范围;(3)存在优先的成团尺度,它的Jeans不稳定的起始时间最早;(4)如果中微子静质量太小,则对早期的物质成团过程无影响。     

暗物质与类星体分布

宇宙中的大部分物质是不可视的,这些暗物质在宇宙大尺度结构的形成中起到重要的作用。本文首先讨论了暗物质存在和均匀分布的证据,并指出宇宙中可能存在两种非重子的暗物质成份。在具有两种暗物质成份的宇宙中成团过程将不同于标准的绝热和等温两种成团图景。在具有两种成份的体系中成团过程的特征是:假如ρ_1和ρ_遍以及λ_(1J)和λ_(2J)分别为两种成份的密度和相应的Jeans长度,当满足条件ρ_1≤<ρ_2,λ_(1J)≤λ_(2J)时,无论初始扰动存在于成份1或成份2中,尺度小于λ_(2J)的不均匀性总是在非主导成份中发展得比主导成份2中更大一些。从这种新的成团图景中我们可以解释在类星体分布中的下述特征: (1)与星系分布相比较,类星体的分布中在尺度10—100Mpc上没有很强的不均匀性; (2)红移Z>2和Z<2的类星体的分布不相同,前者没有大尺度的结果,而后者则有。     

大尺度质量扰动和速度场的计算

本文在宇宙弦模型中,计算了各种暗物质主导宇宙的大尺度均方质量扰动和速度场。我们的计算结果表明,如果冷暗物质和重子主导字苗在8Mpch~(-1)处引力成团达到非线性或者中微子主导宇宙在z～3时出现Pancake碎裂,则相应的宇宙弦线密度μ均应满足关系式:Gμ>10~(-5),而这样的弦密度将导致宇宙微波背景较大的各向异性并违反大爆炸核合成理论。对大尺度速度场的计算,我们得到了它随距离增大比通常宇宙模型下降得更慢的结果,但它仍不足以解释Collins等最近报告的在50h~(-1)Mpc处v_p=970±300km·s~(-1)的固有速度。因此我们的计算表明,由单一的弦扰动形成观测到的大尺度结构是困难的。双扰动模型有可能是解决困难的一种途径。     

中微子静止质量与Lemaitre模型

本文根据最近关于中微子静质量可能不为零的实验,用Lemaitre模型讨论了中微子静止质量及宇宙年龄对宇宙常数项∧和哈勃常数H_0的限制,并得出了∧的上限∧≤15×10~(-57)/cm~2和H_0的可能范围.     

星系大尺度本动速度

本文从高斯型的初始质量密度扰动出发,采用球对称演化模型计算了星系大尺度本动速度随尺度的分布。采用这样一种模型可以避免通常流体模型中线性增长以及窗函数的假设,对不同的宇宙物质主导成分的讨论表明,在各种情况下本动速度的期待值v_p在大尺度上的分布是随着尺度的增大而逐渐减小,这与流体模型以及宇宙弦模型下的趋势是一致的,但对所有参数的可能取值所作的计算表明,理论结果很难解释Dressler等人在r～60h~(-1)Mpc的尺度上观测到的大的本动速度,这很可能是由于在本星系群(LG)之外r 60h~(-1)Mpc的远处存在着一个大质量的物质凝聚区域。     

探测太阳中微子的利器

中微子是一种非常小的基本粒子,广泛存在于宇宙中。由于中微子不可见、不带电,而目几乎没有质量,因此几乎处于无法探测的境地。科学家一般认为,理论上有电子中微子、μ子中微子和τ子中微子三种形态,其中只有前两者能被观测到。与光子和其他高能粒子不同,中微子可毫无阻碍地穿过行星和恒星,穿越星际空间广袤的磁场,甚至可以穿透整个星系。科学家们花费了大半个世纪,才摸清太阳能量的来源     

冷暗物质子结构的数值追踪及其湮灭辐射的观测

<正>当前对宇宙的主要观测都指向物质成分为冷暗物质主导的~CDM宇宙学.在冷暗物质的宇宙中,原初的微小扰动在引力作用下增长为位力化的团块,称为暗物质晕.小质量暗晕最先形成,它们之间的相互并合形成了更大质量的暗晕.并合之后,前身暗晕在当前载晕中会以自束缚的子结构形式存活很长时间,称为子晕.在数值模拟中我们可以对子晕的形成和演化进行详细的研究.这种研究为星系形成演化模型提供了基础,同时也影响了我们观测上探测暗物质的方式.     

中微子质量之谜

中微子质量之谜须眉中微子是否有质量？如果有到底是多大？这一直是粒子物理学家和宇宙学家所关注的问题。为了回答“太阳中微子失踪案”和天体物理学家提出的宇宙中应存在着大量暗物质两个问题，中微子有多大质量显得更重要：太阳中微子失踪的一种可能解释是“中微子振荡...     

宇宙大尺度结构数值模拟的研究进展

宇宙的结构是由初始密度扰动发展而成的。在引力和宇宙膨胀的作用下,初始密度扰动不断增长,经过线性和非线性阶段,逐渐演化为现今的宇宙结构。在一个给定的宇宙学模型下,可以用一系列动力学方程来描述宇宙中暗物质和重子物质的运动及演化历史。在过去的几十年间,随着算法的完善和计算机技术的发展,从最初几十个粒子的纯引力模拟到1010个粒子在秒差距量级的多体加流体动力学模拟,大量不同的数值模拟技术被用来研究宇宙结构的形成和演化。在这个过程中,数值模拟的分辨率和精度不断提高,模型中对重子物质物理过程的描述也越来越完善。这些模拟技术与观测结果相结合,使人们对宇宙的大尺度结构以及星系团的形成和演化有了更深刻的理解,也在一定程度上影响了观测的发展方向和设备研发。不同数值模拟结果在纯引力研究方面得到了较好的统一,但不同的星系模型使得流体模拟的结果存在较大的差异。     

中微子质量、右手中微子丰度和闭合宇宙

本文从实验测量的电中微子质量m_v_e=34±4eV的数值出发,指出宇宙间中微子质量将占总质量的99％,由此导致宇宙的闭合性.此外本文着重讨论了宇宙间中微子将主要是左手征态的中微子,由此才能在广泛的范围内和目前已知各观测资料相一致。本文还表明,由宇宙学所给出的中微子质量和的上限将是sum from i to (m_(vi)≤200 eV而不是通常的40eV。     

暗物质与暗能量新解

“热”光子使暗能量现身 现代天体物理学家认为,在宇宙成分中,暗能量约占73％;暗物质占23％;发光物质占0．4％（恒星和发光气体0．4％;辐射0．005％）：不可见的普通物质占3．7％（星系际气体3．6％;中微子0．1％;超重黑洞0.04％）。宇宙暗能量提供斥力,可解释宇宙加速膨胀（在已知物理中,只有万有引力,没有相应的斥力）;同时也能解释宇宙年龄困难。     

宇宙磁场中的中微子

本文讨论了有质量的Dirac粒子在宇宙磁场中的演化。宇宙磁场使空间度规出现各向异性。通过求解Dirac方程,得到了中微子在宇宙磁场中的表观磁矩。     

星系团的引力透镜效应及宇宙微波背景辐射的各向异性

本研究了Ｐｏｉｓｓｏｎ随机分布的星系团作为引力透镜天体,其横向本动速度引起的运动引力透镜效应对宇宙背景辐射（ＣＢＲ）温度涨落各向异性的影响。对星系团的密度结构及其引力透镜效应,我们采用Ｈｅｒｎｑｕｉｓｔ模型,并在此基础上,利用星系团的统计理论,在冷蝉 物质及等曲率重子扰动模型框架下,计算了运动引力透镜效应对ＣＢＲ温度涨落各向异性的贡献。     

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     

微波背景辐射各向异性的计算中可能出现的偏差

复合期间物质与辐射密度的扰动会引起自由电子的不均匀空间分布,即电离率可能存在着某种与物质和辐射的涨落相对应的空间扰动。这就会使得通常对微波背景辐射各向异性的计算中存在偏差。对较大尺度的扰动(M(?)M_1)通常的计算值可能偏大,而对较小尺度的扰动(M<相似文献   

宇宙常数和星系团

在Ｘ射线观测提高了星系团质量和半径测量精度的新形势下，本文讨论了宇宙常数不等于零的平坦宇宙冷暗物质结构形成模型，利用球对称扰动区在宇宙常数不为零时的动力学方程的解，估计了星系团形成红移与宇宙常数是否为零的关系，计算了星系团质量函数随红移的演化．计算表明，红移为零时星系团的数密度基本上由谱参数Γ决定．若假定星系团质量只有２０％的不确定性，可限定Γ的适用范围约为０．１５－０．３２．高红移星系团的数密度观测不仅有可能对宇宙常数是否为零作出鉴别，而且当精度够高时还能对宇宙物质密度的大小作出限制     

两个大环状日珥群H_α单色光与光谱的同时观测

利用南京大学太阳塔,我们观测到1982年12月20日和1983年2月9日出现在日面西边缘的两个大环状日珥群。由同时获得的H_α单色光照相资料H_α、CallH·K线光谱资料测出了环内物质的视向速度分布,该分布与假定物质沿环无粘滞的自由下落推算出的视向速度分布相一致。利用H_α和K线的半宽求出了环内物质的运动温度及湍动速度,温度分布比较均匀,湍动速度随日面高度而增加。利用K线和H线线心强度之比,推算了环内物质的密度,得到氢原子密度为1.3—2.6×10~(10)cm~(-3),另外,还通过估算环珥群的总能量来讨论了环珥群与耀斑的关系。     

脉冲星射电轮廓中高斯成分在主脉冲和中间脉冲的不同分布

研究了高斯辐射成分在可视点所画出轨迹上的分布,这个可视点因脉冲星的转动而作非匀速度运动.通过假设辐射区域围绕磁轴均匀分布,一个高斯辐射成分便对应于可视轨迹划过的一个辐射区域.因为演示辐射区域在可视轨迹上是不均匀的分布,因此高斯成分沿轨迹也是不均匀的,而高斯成分的密度在磁轴与视线距离最近时为最大.高斯成分的分布取决于脉冲星的两个角度:旋转轴和视线之间的夹角,以及磁轴和旋转轴之间的倾角.基于此模型,一个脉冲星平均轮廓中观察到的多个高斯成分便对应于可视轨迹在特定的转动相位范围内的辐射区域.演示了脉冲星旋转的近侧和远侧的相位,分别对应的主脉冲和中间脉冲,两者高斯成分的数量和分布是不同的.而且还发现,沿可视轨迹上的辐射区域总数与围绕磁轴的辐射区域的总数是不同,并且预测的辐射区域数目会因忽略可见点的运动而明显不同.拟合表明脉冲星轮廓的高斯成分的形状和数量可能与实际构成轮廓的成分的形状和数量不同.以PSR B0826–34的辐射为例,并假设辐射来自单一磁极.