暗能量研究进展

1998年,美国两个超新星观测团队发现,今天的宇宙是在加速膨胀的,而推动宇宙加速膨胀的是一种不为当时人们所知的物质组分——暗能量。暗能量的存在是近年来粒子宇宙学研究领域最重要的发现之一,并为随后一系列的天文观测实验所支持。暗能量的物理性质已经成为当今宇宙学的一个研究热点,近年来已经取得了巨大的进展。本文将会回顾一下近些年来国内外在暗能量研究方面,特别是在利用天文观测数据限制暗能量性质方面所取得的进展,并展望未来的天文观测实验研究暗能量性质的可行性。     

暗能量:观测证据和理论研究

自1998年发现宇宙的加速膨胀以来,大量的天文观测显示宇宙中存在压强为负的暗能量成分.暗能量已经成为目前宇宙学和理论物理的最重要的研究课题之一.文章介绍了暗能量存在的天文观测证据和理论研究现状与展望.     

探索加速膨胀的宇宙

<正>暗能量巡天项目对近2亿星系的观测将帮助我们确定宇宙的加速膨胀是否起源于宇宙学常数的驱动,还是起源于一种新的具有动力学性质的能量的驱动,又或是由超出广义相对论之外的物理所造成。1998年,两个研究遥远超新星的研究组分别宣布了宇宙膨胀在加快的观测证据,这震惊了物理学界。这一非凡的发现随后得到了其他观测的确认,因此在2011年被授予诺贝尔物理学奖。在这一发现后的15年间,天文学家已经采用不同的方法更加准确地测量了今天称为标准协和宇宙学模型中的与宇宙加速度相关的参数及其他的参数。     

暗能量的多重探测

<正>研究导致宇宙加速膨胀的暗能量是当今宇宙学最重要的任务之一。物理学家通过对更广大的宇宙进行研究,对暗能量的性质做出限制。如今暗能量巡天(DES)用四种观测量作为探针:超新星、重子声学振荡、引力透镜和星系群集。多探针方法可使未来的研究将限制改进几个数量级,并可能破解暗能量之谜。有两种暗能量测量方法。第一     

第五讲暗能量和德西特时空

最近的天文观测表明，宇宙是在加速膨胀，而不是原来认为的减速膨胀．为解释加速膨胀，必须在宇宙的物质能量中引入暗能量这一成分，文章讨论了暗能量的可能侯选者，特别强调了宇宙常数问题、德西特时空问题以及和德西特时空相关的一些基本问题．     

解读宇宙的起源——2006年诺贝尔物理学奖简介

 2006年度诺贝尔物理奖授予了在宇宙学研究领域取得杰出成果的美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特。他们发现的宇宙微波背景辐射的黑体谱和各向异性强烈地支持了大爆炸宇宙学模型并开启了“精确宇宙学”时代的大门。COBE之后宇宙学研究取得了一系列重大的进展。近年WMAP、SDSS等天文观测更加坚实有力地支持了大爆炸宇宙学模型，并对物理学提出了一些重大的、尖锐的挑战，诸如什么是暗物质？暗能量的物理本质是什么？     

带有背景矢量场的标量场暗能量模型

讨论了带有背景矢量场的动力学标量场作为暗能量在闭宇宙的情形下的演化. 选取适当的标量场势函数后, 在得到的暗能量有效状态方程中, 参数w在红移z≈0.2处可以越过－1, 而且在z≈1.7处宇宙从减速膨胀的状态转变为加速膨胀状态, 这与最近的宇宙学观测相符.     

空间间接探测暗物质粒子

正在过去的几十年间,人类对于整个宇宙的认识有了飞跃式的发展,取得了辉煌的成就。基于近年天文观测的结果,一个暗物质暗能量暴涨的宇宙学标准模型被建立起来。我们的宇宙组成,如图1所示:已知的基本粒子只占整个宇宙的5%左右,而27%左右是不发光的暗物质,68%左右是类似真空能的暗能量。寻找暗物质粒子,研究暗能量的本质等,结合微观世界和宇观世界,结合粒子物理和宇宙学的研究已成为21世纪物理学和天文学的一     

宇宙学常数疑难

当代天文学的一系列观测事实都支持应该存在一个非零的正的宇宙学常数，但是，人们发现当前宇宙学常数值太小，而且宇宙学常数即真空能量密度与现在的物质密度巧合地具有相同的量级，然而现有物理学理论还无法给出合理的解释，因此宇宙学常数问题成为物理学和天文学上最重大的疑难之一。文章综述了近年来宇宙在加速膨胀这一重大的天文发现和宇宙学常数的观测结果以及当前理论物理学在宇宙学常数问题上的一些尝试。     

关于宇宙学常数问题的知识要点和几点思考

大爆炸宇宙学告诉我们,宇宙正在膨胀。如果我们的宇宙主要包含的是基本粒子型物质,那么宇宙将是减速膨胀。但是,对于今天我们观测到的宇宙来说,发现它在最近过去的几十亿年间却在加速膨胀!这预示着,宇宙中的主要能量形态不是基本粒子型物质,而是某种新的能量形态。对这种“新的”能量形态,其实科学家早有察觉和分析。它的最简单的可能性就是宇宙学常数。然而宇宙学常数的物理本质和内容却并不简单。这篇短文,就是主要介绍了宇宙学常数的一些基本知识和我们对它的一些思考。爱因斯坦方程中最自然出现的一项是宇宙学常数(简称cc)项,cc的值任意…     

利用哈勃参数直接诊断标准暗能量模型

正宇宙加速膨胀的发现使得现代宇宙学和理论物理的研究面临一个重大的挑战。包括Ia型超新星、宇宙微波背景辐射(CMB)、重子声波振荡(BAO)等不同的观测方法,都证实了宇宙加速膨胀这一个现象,且探测的结果都和宇宙学常数项Λ不随时间演化的基本假设保持一致。尽管观测结果倾向于此,Λ不随时间演化这一个简单的假设却存在着争议。包括巧合性问题,精细调节问题还是没有得到很好的解决。实际上,很多暗能     

粒子物理和宇宙学中的两片乌云——谈暗物质和暗能量

宇宙暗物质和暗能量是21世纪粒子物理和宇宙学研究中的两个重大的科学问题.文章首先简述了宇宙学研究的历史和现状以及对粒子物理学提出的新的挑战,接着较详细地介绍了暗物质、暗能量和反物质相关的科学问题以及在国际上这个研究领域近年来所取得的进展,最后展望了中国在暗物质和暗能量实验探测研究方面的前景.     

98十大科学进展

 美国《科学》周刊评出’98十大科学进展.字窗加速膨胀两个国际天文研究小组通过观测遥远星体,发现宇宙星系正在加速远离．科学家数年前的研究表明,宇宙自“大炸”开始就发生了膨胀．     

源自弦景观的有效Quintessence

最近V_(afa)等人提出了两个弦沼泽地的判据,并且在研究宇宙学中两个弦沼泽地判据所施加的约束条件时,发现暴胀模型通常与这两个判据很难相容.将这两个判据应用于当前时期宇宙的加速膨胀时,发现特定的quintessence模型可以满足这些限制,同时满足根据当前观测所施加的约束.基于大尺度洛伦兹破缺的宇宙学模型,我们得到了修正的Friedmann方程,在计算的过程中给出了三种可行的近似,并定义了一个有效的真空能量密度Λ_(eff),其行为对于弦景观表现为单调下降的类quintessence势能,对于大部分具有裸的正真空能量密度的沼泽地,有效宇宙学常数随时间的演化会出现局域极小.将光度距离的计算结果与天文观测值做对比,我们得到负宇宙学常数也可以使宇宙产生加速膨胀,因而用亚稳的de Sitter真空来解释宇宙后期的加速膨胀是不必要的,沼泽地猜想所导致的沼泽地模型与后期宇宙加速膨胀不相容性的困难也就不存在了.     

宇宙中暗物质分布的线索

正暗物质占宇宙物质的85%。天文学和宇宙学观测表明,暗物质影响着宇宙的演化,在星系的分布及宇宙大尺度结构中留下其印记。近来,意大利Turin大学的Ammazzalorso、斯坦福大学的Daniel及其同事探测到了一种信号,可用来揭示暗物质的性质。研究团队将暗能量巡天(DES)与费米大面积望远镜(LAT)的观测结果相比较,发现引力透镜位置与γ射线位置之间重要的     

新实验结果挑战暗能量的存在

大多数天文学家相信宇宙中“暗能量”占优势,因为这是惟一能够解释为什么宇宙在同时进行着膨胀和加速的理由.可是如今荷兰与法国的物理学家们提出暗能量可能并不存在.他们声称,最近对宇宙X射线的观测揭示了远古星团与现今星团之间令人费解的差别,这可以用不存在暗能量来解释(将     

天籁计划:暗能量的射电探测及平方千米阵(SKA)

暗能量约占宇宙总密度的3/4,但其与普通物质的相互作用非常微弱,因此对它的探测主要是通过对宇宙膨胀历史和结构形成的精密观测间接进行的.为了提高研究的精度和可靠性,需要综合多种观测手段.目前的大部分暗能量观测实验采用光学方法,而射电观测提供了一种不同的、有独特优势的方法,但目前还处在起步阶段.我国在射电天文及相关技术方面有一定基础,且国内已有电磁环境良好的站址,有很好的条件开展这方面的研究,并有可能在这一领域中取得领先.文章介绍了作者已开始进行的天籁计划实验以及这一实验中积累的经验和研发的技术,这有助于中国参与国际上空前巨大的平方千米阵(SKA)射电望远镜项目,并在其中发挥作用.     

GW170817与标准汽笛宇宙学

GW170817实现了基于"标准汽笛"的首次哈勃常数H_0测量,开启了标准汽笛宇宙学的序幕。正在进行的双中子星并合引力波观测,有望在5年内测量H_0到约2%精度,提供解决H_0危机的独立而珍贵的数据。下一代的引力波实验,则将通过标准汽笛方法,精确测量宇宙膨胀速度和宇宙大尺度结构,限制暗能量状态方程,在宇宙学尺度上检验广义相对论。     

五维大反弹宇宙学模型的重建及其相关宇宙学量的演化

在五维大反弹宇宙学模型框架下,通过给定三种不同的暗能量有效态方程,确定了在该模型中起重要作用的函数f(z),从而描述了五维大反弹模型中相关的宇宙学量随红移量z的演化.研究表明,与情形Ⅰ中有效态方程相对应的宇宙学量的演化规律和当前天文观测数据符合最好. 关键词： 大反弹宇宙学模型 暗能量 态方程     

爱因斯坦宇宙常数和宇宙中暗能量

综述了宇宙在加速膨胀的观察证据,从爱因斯坦场方程和动力学方程出发详细分析爱因斯坦引入宇宙常数在宇宙加速膨胀中的作用,探讨宇宙常数和宇宙中暗能量的关系．