宇宙中的暗物质

 十多年来,宇宙中暗物质的研究已成为天体物理、粒子物理和宇宙学的交叉热点,其中的冷暗物质的观测研究也已成为当今非加速器物理实验最热门的课题之一.     

现代物理的前沿边缘科学

现代物理的前沿边缘科学邹旺宗，李睿，陈桂莲（湖北省物资学校武汉４３００７０）１暴胀宇宙学天体物理学是研究天体演化的物理过程的科学，宇宙作为一个整体是最大的天体，其物理过程是由大爆炸模型来描述的，根据这个理论我们今天观察到的宇宙起源于１００—１５０亿年...     

PandaX暗物质直接探测实验

正1.暗物质的直接探测暗物质粒子物理研究是当代基础物理学最前沿的研究方向之一。天体物理和宇宙学的研究表明,暗物质在包括我们的银河系在内的宇宙中大量存在,它占据了宇宙总质量的26.8%,而日常所见的原子分子一类的普通物质只占4%。然而,到现在为止,物理学家还不了解暗物质的本质是什么。理     

空间硬X射线调制望远镜

用宇宙作为物理实验室,探索在地球上无法企及的条件下,例如极早期宇宙或黑洞视界附近强引力场中的物理规律,已成为新世纪物理学和天文学共同的前沿课题;空间天文观测是其中一个最重要的研究途径.自主研制和发放空间硬X射线调制望远镜(HXMT),实现中国空间天文卫星零的突破,是中国<"十一·五"空间科学发展规划>的目标之一.HXMT将实现宽波段X射线(1-250 keV)巡天,其中在硬X射线波段具有世界最高灵敏度和空间分辨率,发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体,探测宇宙硬X射线背景辐射;HXMT还将通过对黑洞和其他高能天体宽波段X射线时变和能谱的观测,研究致密天体极端物理条件下的动力学和辐射过程.基于成像技术创新提出HXMT项目迄今已有15年,能不能抓住技术创新所提供的科学机遇仍然是一个严重的挑战.     

宇宙磁场

磁场在宇宙中无处不在,贯穿各种天体。磁场对天体形成、辐射和演化起重要作用,也是宇宙线研究的基础。以前人们对宇宙磁场的理解主要是来自对地球和太阳磁场的测量和物理解释。近20年来,对宇宙更大尺度天体的磁场测量取得很大进展:发现了银河系具备沿着银河旋臂的几万光年尺度磁场,强度为2—4μG;发现了银河系晕里具有环向磁场,在银道面上下方向相反;发现了银河系中心有极向磁场的观测证据;发现了邻近旋涡星系可能具有万光年尺度磁场的证据;发现了星系团几千万光年范围内磁场存在的证据。宇宙学模拟也显示在宇宙超大纤维结构中应该有磁场存在。这些磁场可能都是宇宙早期产生并在天体形成和演化过程中得以发扬光大。     

在近代物理学“基础课”中介绍宇宙学概念

目前的近代物理学基础课程包括了狭义相对论、原子物理和量子力学初步,是力学、热学、电磁学和光学的后继课程,应属于普通物理范围。宇宙学则是现代物理的前沿学科,它的基本概念和发展正日益引起人们的关注。我们认为,在近代物理基础课程中向学生介绍宇宙学的一些基本概念是很有必要的、也是可行的。 在讲授狭义相对论时,不少学生很容易把物体的速度不能超过光速推广到整个宇宙。这时我们向学生介绍宇宙学中的哈勃定律,即星系远离地球而去的速度与星系离地球的距离成正比关系:v=H_0d(其中哈勃常数H_0=150公里/秒·千万光年,d是星系离地球的距离,v是星系退行速度)。如果d≥v/H_0(c:光速)则该星系的退行速度将超过光速,它所发出的光于将不能到达我们地球。并向学生简单介绍大爆炸宇宙模型和膨胀宇宙的概念,解释夜为什么是黑的。这时,学生很容易理解夜黑是宇宙膨胀的结果。 讲授完普朗克黑体辐射后,可进一步介绍宇宙学中微波背景辐射概念。指出宇宙背景辐射谱相当于约     

弱引力透镜成为精确的巡天科学

正对暗能量巡天(DES)第一年数据的分析显示:利用弱引力透镜效应限制宇宙学参数的精度可与微波背景辐射观测相媲美。基于广义相对论,科学家经过几十年的努力成功地建立了宇宙学模型,即宇宙学常数Λ非零的冷暗物质(ΛCDM)模型。该模型解释了宇宙演化的方方面面,从原初均匀的等离子体到我们如今看到的行星、恒星和星系这一不均匀宇宙。不幸的是,ΛCDM模型与粒子物理标准模型有冲突,后者无法解释ΛCDM宇宙中的两个重要成分:约     

实验室天体物理学中的标度变换

采用当前最先进的激光装置,可以获得与天体物理过程中相同或相似的条件,因此实验室天体物理学已成为激光等离子体物理学家位深感兴趣的研究内容,也同时成为天体物理学家所关注的问题,然而,激光等离子体为微米级的空间尺度和纳秒或更短的时间尺度,而天体物理的对象则为宇宙学的极大的时间与空间尺度,文章讨论了在物理上和实际操作上将这两种表面上存在巨大差异的物理过程对应起来,从而为利用激光等离子体研究天体物理过程中提供了可能性。     

用激光等离子体实验对天体物理动力学过程进行模拟的可行性研究

采用当前最先进的激光装置与物质相互作用,可以获得与天体物理过程中相同或相似的条件,并进而开展利用激光等离子体模拟天体物理现象的实验.然而,激光等离子体为微米空间尺度、纳秒存活时间,而天体物理对象则为宇宙学的极大的时间与空间尺度,对在物理上和实际操作上将这两种表面上存在巨大差异的物理过程对应起来从而利用激光等离子体研究天体物理过程的可能性进行了讨论,特别是对利用国内的激光装置开展模拟实验的可行性进行了讨论 关键词： 超强激光 实验室天体物理学 标度变换 流体动力学     

哈勃常数危机

哈勃常数定量刻画了当前宇宙的膨胀速率,精确测定哈勃常数是现代宇宙学的一个重要科学问题.近年来,哈勃常数的局域直接测量值与全局模型拟合值之间出现了越来越严重的偏差,其中局域直接测量值来自于晚期宇宙的局域距离阶梯测量结果,而全局模型拟合值来自于早期宇宙的微波背景辐射对宇宙学标准模型的观测限制.如果该偏差不是由其中任何一种观测手段的观测误差和系统误差所致,那么很有可能意味着存在超出宇宙学标准模型的新物理.本文从观测和模型两方面简述该哈勃常数危机问题,并结合作者近年来对此问题的研究从观测和模型两方面进行展望.     

反物质和暗能量

 上个世纪,人类在探索宇宙奥秘和物质基本结构及其相互作用的道路上取得了辉煌的成就,建立了描述微观世界的粒子物理标准模型和描述宇观世界的大爆炸宇宙学标准模型。粒子宇宙学将微观世界和宇观世界、粒子物理学和天文学结合起来,研究早期宇宙这一极端条件下的物理规律,探讨基本粒子的相互作用的统一。近代宇宙学研究表明,在宇宙演化过程中经历了暴涨(Inflation)阶段。基于粒子物理的标量场理论,暴涨宇宙学不仅为经典大爆炸宇宙模型中的初始条件和疑难给予了答案,而且提供了一个描述宇宙大尺度结构成因的合理理论,并为近年观测所支持。     

宇宙背景辐射中各向异性测量的新结果

2.7K宇宙背景辐射的发现是现代天文学的重大成就之一.测量宇宙背辐射中大尺度的各向异性则是了解字苗整体性质的重要手段。 已经观测到宇宙背景辐射幅度为3mK的一阶(偶极)各向异性,这是由于我们相对于背景辐射运动的结果.有人在研究宇宙背景辐射更高阶(如四极)的各向异性,并曾报告过幅度为1mK的四极各向异性[1].四极各向异性可能起源于宇宙的密度涨落,如果这一结果能够得到证实,它将反映宇宙的大尺度结构,对宇宙学研究来说,会是很有价值的新发现. 美国加州大学及普林斯顿大学的 Lubin和 Fixsen等人近来分别在3mm及1.2cm波段对宇宙背景辐射…     

来稿摘登

据观测,我们宇宙现在的空间尺度约为10~(26)米(几百亿光年),在这个宽广的空间中有着数以千百万亿计的天体。天体大致可以分成两大类,一类是呈致密状存在的星体,一类是呈弥漫状存在的尘埃、气云以及各种辐射。天体中有轮廓分明的恒星和行星;有分辨不出其大小,好象是“恒星”,光谱中具有红移很大的发射线的类星体;有的发射可见光,有的则是发射无线电波的射电源;有吸积经过其附近的一切物质而没有任何消息透露出来的黑洞,也有不间断地向外发射物质的白洞……,当然,宇宙中还充满着大量的中微子以及背景辐射,我们的宇宙正在不断地膨胀,我们周围     

清华大学天体物理中心

中心2001年成立，以高能天体物理为主要研究方向，坚持实验观测、数据分析和理论研究密切结合，研究内容包括白矮星、中子星、黑洞、超新星、伽马射线爆、活动星系核、星系、星系团、星际介质、吸积与喷流、宇宙学、天体流体和磁流体物理、理论天体物理和研发空间天文仪器。中心现有教师8名，李惕碚院士任中心主任。清华大学天体物理中心     

宇宙真空量子涨落、宇宙弦及宇宙不均匀性的起源

宇宙中的物质分布是相当不均匀的,有的地方密度高,有的地方密度低,形成各种尺度的成团结构.例如,星系、星系团、超星系团等是高密度区;巨洞则是低密度区.宇宙学中一个待解决的课题,就是说明为什么会有这种非均匀性. 首先,有很强的证据表明,宇宙在早期是相当均匀的,没有今天所观测到的非均匀性.最主要的证据是微波背景辐射的各向同性.观测证明,3K背景辐射的各向异性不超过万分之一,甚至十万分之一.背景辐射是宇宙早期遗留下来的,因此它的高度各向同性标志着宇宙早期物质分布的均匀性.其他的均匀性证据是:二.各种天体中的氦含量相当一致,按重…     

从罗伯森到今天的宇宙学

爱因斯坦创立了引力的现代理论——广义相对论.这一理论将引力和宇宙学都几何化了.爱因斯坦本人曾设想过一种空间封闭的定态宇宙.弗里德曼发现(或猜想)了一种爱因斯坦场方程的非定态解.哈勃发现了遥远星系的红移,从而证实了宇宙膨胀演化的观念. 罗伯森采取了一条在逻辑上和数学上都严格的途径.在假定宇宙是严格均匀和各向同性的情况下,他找出了所有可能的“宇宙学”.他的结果和弗里德曼的猜测一致但更为可信. 罗伯森继后还探讨了这个解的所有观测性质:如天体的红移、角大小、亮度等与光从发射到接收所经历的时间的关系. 1965年发现了宇宙微…     

利用中性氢21厘米吸收线系统直接测量宇宙膨胀加速度

 物理测量在方法和精度上的进步使得我们对物质世界和宇宙的本质有了越来越深刻的认识,特别是对宇宙学参数的精确测量把我们带进了精确宇宙学时代。     

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…     

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？     

关于相对论、量子论和引力的思考

 狭义相对论、广义相对论和宇宙学是关于时空性质和物质分布的关系的理论,也是关于天体和宇宙的理论。