遥远的超新星和加速膨胀的宇宙

2011年度诺贝尔物理学奖已颁发给Saul Perlmutter,Adam Riess和Brian Schmidt三人,以表彰他们"通过观测遥远的超新星发现宇宙加速膨胀"的科学贡献。本文介绍这一重大科学发现的背景、意义及其所开辟的新方向.     

宇宙的未来

目前有一些流行的理论予言:最稳定的核粒子质子也要发生衰变.如果质子真的发生衰变,那么恒星和星云将要变成什么样子呢?尽管质子平均寿命运10～(30)年之久(宇宙的年龄据估计仅为 10～(10)年),但尽头终归会到来的.当最后一个质子衰变完毕的时候,宇宙将要变成什么样子呢? 如果长期以来被认为是绝对稳定的质子按照最终成为正电子(电子的反粒子)和各种介子这一方式进行衰变,那么一种最后的情景可以予言如下[1]:由于各种介子本身还要进一步衰变,质子能量的最终“继承”情况是:中微子和光子各分到30%,正电子分到35%,其余归电子所得.通常电子和正电…     

宇宙的未来

 关于宇宙起源的理论,目前比较有说服力的是大爆炸理论。该理论认为:宇宙创生于大约200亿年前一次大爆炸。爆发前的“原始火球”,其温度极高(>10³²K),质量密度大得惊人（估计其线度只有几公里,有人还推算出只有质子那么大一点）。火球内完全没有什么规律,完全处于奇异状态。     

宇宙起源与未来的探索

 宇宙的起源是目前科学界十分关注的问题,存在着多种模式,经过长期争论,大致可归纳为两种理论:一种是大家熟知的“大爆炸”学说;另一种为“稳恒态宇宙学理论”,该理论否认宇宙有起源。     

高红移Ia型超新星的搜索和宇宙的加速膨胀

观测研究表明,Ｉａ型超新星可以作为宇宙距离测量的标准光源,天文学家还从近邻Ｉａ型超新星光变的研究中得出可靠地确定其最高光度的方法,在此基础上,国际上两个相互竞争的研究集体经过几年的不懈努力,对高红移超新星进行了搜寻和观测。     

超新星

超新星爆炸是发生在宇宙空间中极为壮观、丰富多彩和引人入胜的重要现象，涉及许多有趣的、尚待探索的物理学研究领域和天体物理学及宇宙学若干相关分支的重要应用．本文试图描述超新星现象研究在各方面的重要意义，提供基本观测事实和理论框架信息以及介绍我们正在从事的部分相关研究工作．     

超新星遗迹与LHAASO

 宇宙线的起源作为科学难题已经长达一个世纪。近年随着GeV、TeV伽马射线天文望远镜的发展，探测到了一批高能和甚高能伽马射线超新星遗迹（Supernovae Remnant，SNR），表明超新星遗迹的电磁辐射，不仅从低频射电波段跨越到X射线波段，而且延伸至伽马射线波段，是宇宙中重要的伽马射线源。频率跨度如此之大的电磁辐射，科学家们用以研究各种天文物理过程，如恒星晚期演化与核合成，激波动力学，相对论性粒子高能辐射，高能粒子加速、传播等等。特别是，超新星遗迹被普遍推测为银河系内主要的宇宙线加速源。为了确证对超新星遗迹或其他高能天体这样的推测，深入探索宇宙线的有关机理，必须建造下一代更灵敏的伽马射线望远镜，在更高的能段投入观测。超新星遗迹也因此成为LHAASO项目的重要探测目标。     

超新星

超新星爆发是一种非常壮观的景象.不久前观测到的大麦哲仑云中的超新星SN1987A仅仅是一颗比较暗的超新星,而它发出的光却是太阳的一亿倍.但超新星的数量不多,在我们银河系观测到的最后一颗是在1604年爆发的.所以为了研究超新星,从1930年开始,人们就去系统地搜寻河外星系中的超新星.从几百颗超新星的光谱和光变曲线,人们把它们分为两大类,分别称为Ⅰ型超新星和Ⅱ型超新星.Ⅰ型超新星爆发是由密近双星中的白矮星吸积其伴星的物质,使得其质量增加到超过简并电子气压强所能承受的引力,即钱德塞卡质量时,星体发生塌缩而引起的爆发.而Ⅱ型超新星…     

高红移Ⅰ_a型超新星的搜寻和宇宙的加速膨胀

观测研究表明,Ⅰａ型超新星可以作为宇宙距离测量的标准光源．天文学家还从近邻Ⅰａ型超新星光变的研究中得出可靠地确定其最高光度的方法．在此基础上,国际上两个相互竞争的研究集体经过几年的不懈努力,对高红移超新星进行了搜寻和观测．他们各自独立地得到了相同的结论：宇宙学常数Λ＞０,宇宙在加速膨胀．这项研究结果将对宇宙学,星系和大尺度结构的形成和演化的研究产生重要影响．更重要的是,它把所谓“宇宙学常数问题”提到我们面前,不再能够回避．而这一问题的解决将有可能带来基础研究上的重大突破     

超新星遗迹与LHAASO

宇宙线的起源作为科学难题已经长达一个世纪。近年随着GeV、TeV伽马射线天文望远镜的发展,探测到了一批高能和甚高能伽马射线超新星遗迹（Supernovae Remnant,SNR）,表明超新星遗迹的电磁辐射,不仅从低频射电波段跨越到X射线波段,而且延伸至伽马射线波段,是宇宙中重要的伽马射线源。频率跨度如此之大的电磁辐射,科学家们用以研究各种天文物理过程,如恒星晚期演化与核合成,激波动力学,相对论性粒子高能辐射,高能粒子加速、传播等等。特别是,超新星遗迹被普遍推测为银河系内主要的宇宙线加速源。为了确证对超新星遗迹或其他高能天体这样的推测,深入探索宇宙线的有关机理,必须建造下一代更灵敏的伽马射线望远镜,在更高的能段投入观测。超新星遗迹也因此成为LHAASO项目的重要探测目标。     

宇宙的灯塔:Ⅰa 型超新星——漫谈2011 年诺贝尔物理学奖

2011 年10 月4 日,瑞典皇家科学院将本年度诺贝尔物理学奖授予三位天体物理学家——索尔·珀尔马特(Saul Perlmutter)、布赖恩·施密特(Brian P.Schmidt)和亚当·里斯(Adam G. Riess),以表彰他们通过观测遥远的超新星(代表了恒星演化到晚期的一种爆炸事件)而发现了宇宙在加速膨胀的这一卓越成果。     

超新星研究进展

本文先介绍超新星巡天和分类,简要地论述历史超新星SN 1006一千年,接着讨论核心塌缩超新星物理和具体事例（SN1987A 20年、 SN2006gy、 2008D）及超新星与γ射线暴的联系,文章重点讨论SNIa 和宇宙学,评述了SNIa在宇宙学中的应用和哈勃常数的确定,最后指出超新星研究目前存在的问题。     

宇宙的起源与未来——大爆炸宇宙论简介

 大爆炸宇宙论的产生,得益于天文学家们三个主要观测结果。第一个,也是最值得注意的一个观测结果是:1929年,埃德温·哈勃发现,宇宙的主要成分--与我们的银河系相类似的星系,象宇宙弹片一样在巨大爆炸后正彼此逃离开。如果宇宙正在膨胀,一个似乎是不可避免的结论是:它的过去必定是非常小的。这要求必须将某个瞬间作为宇宙诞生的时刻,即膨胀开始之时,哈勃的发现是真正重要的发现,尽管宇宙已非常古老了,但它不会无限早地存在着。可以想象,膨胀倒转回去,象电影倒过来放映一样,天文学家们据此推断,宇宙大约诞生于150亿年前发生的一次大爆炸。第二个观测结果是所谓“宇宙背景辐射”--大爆炸火球冷却以后余辉的存在,它支持了大爆炸理论。令人惊讶的是,在大爆炸事件发生150亿年之后,这种宇宙背景辐射仍充满空间的每个空隙。     

宇宙膨胀加速与未来技术发展的极限

宇宙膨胀的加速限定了未来技术发展的极限．美国Case Western大学的两位宇宙学家Lawrence Krauss和Glenn Starkman证明了宇宙的加速会对未来能够存储和处理的信息量加以根本性的限制(arXiv：astro-ph／0404510V1，26Apr 2004)．他们还计算出摩尔定律将继续适用600年以上．虽然在半导体工业工作的人更悲观地认为这个著名的定律在下一个十或二十年后将不再成立．     

超新星中微子

 根据中外天文学史专家对东方、阿拉伯和欧洲大量古代记载的分析,在望远镜发明之前,人类历史上记录可靠的超新星共有七颗,它们出现的时间和星座分别为:185年在半人马座、393年在天蝎座、1006年在豺狼座、1054年在金牛座、1181年在仙后座、1572年在仙后座、1604年在蛇夫座。     

超新星研究进展

本文先介绍超新星巡天和分类,简要地论述历史超新星SN 1006一千年,接着讨论核心塌缩超新星物理和具体事例(SN 1987A 20年、SN 2006gy、2008D)及超新星与γ射线暴的联系,文章重点讨论Ia型超新星和宇宙学,评述了Ia型超新星在宇宙学中的应用和哈勃常数的确定,最后指出超新星研究目前存在的问题。     

宇宙线与超新星的关联

宇宙线是存在于恒星际、星系际间的超高能粒子流,主要是由原子核(其中,主要是氢原子核,即质子)、电子等组成。1912年,维克托.赫斯(VictorHess)在一次高空气球飞行实验中首次记录到宇宙线。经过了90多年的发展,如今宇宙线观测的能量范围已能从低能区(107eV)到高能区(1021eV),直跨13个数量级,流量落差达30多个数量级,其能谱的总结构呈现为非热幂律谱特征,即流量(N)与能量(ε)的关系满足N(ε)=Aε-α,但是整体能谱曲线在1015eV和1019eV附近都有明显的折断,我们把这些折断处分别称之为“膝”和“踝”,相应的在这些不同能量段上的幂律指数α…