动力学暗能量与中微子质量

随着天文观测技术的不断发展,暗能量的测量已经达到很高的精度。然而,人们对暗能量的本质属性、描述暗能量演化过程的标准宇宙学模型、以及暗能量模型中相互影响的宇宙学参数背后的物理等问题都亟待进一步的探究。目前,与观测实验结果最符合的暗能量模型是宇宙学常数模型,其他宇宙学模型也并没有被观测所排除。因此,构建不同的暗能量模型,分析模型参数的演化行为非常重要。本文介绍了参数化形式不同的动力学暗能量对中微子质量的影响,首次分析了Barbosa-Alcaniz参数化和Jassal-Bagla-Padmanabhan参数化后的暗能量与中微子质量间的关系。本文联合了三种重要的测量宇宙距离–红移关系的天文观测手段,包括Ia型超新星观测、重子声学振荡观测、宇宙微波背景辐射观测,对中微子宇宙学模型进行整体拟合,分析中微子质量和其他宇宙学参数的限制结果。与一般的Chevallier-Polarski-Linder参数化模型中的结果相比,Barbosa-Alcaniz参数化模型可提供一个较大的中微子质量,Jassal-Bagla-Padmanabhan参数化模型提供的中微子质量较小。暗能量状态方程参数的不同形式影响中微子质量的大小。

双参数化动力学暗能量对中微子质量的影响

中微子绝对质量的测量和暗能量本质属性的探究是宇宙学前沿的两个重要科学问题。中微子振荡现象表明中微子具有非零质量,KATRIN实验给出的最新结果mν=0.8 eV,宇宙学观测限制测出中微子质量总和的上限为∑mv≤0.1 eV。本文联合不同的主流观测数据,包括宇宙微波背景辐射数据、重子声学振荡数据以及Ia型超新星数据,探究两种双参数化动力学暗能量模型中中微子质量的拟合情况。这两种参数化分别为对数形式参数化和振荡形式参数化。相较于Chevallier-Polarski-Linder参数化,它们可以克服状态方程的演化发散问题(z→−1),成功探测暗能量在全宇宙中的演化。我们发现对数形式参数化和振荡形式参数化暗能量增大了中微子质量和的拟合值上限,且扩大限制宇宙学模型的观测数据样本可以压低中微子质量拟合值的上限。

非平坦宇宙中相互作用的鬼场暗能量模型

研究了非平坦宇宙中具有实验数值约束的相互作用鬼场暗能量.根据暗能量与哈勃函数的线性关系,发现暗能量与冷暗物质之间的非引力相互作用导致了能量由冷暗物质向暗能量的转移,得到了非平坦宇宙中相互作用的鬼场暗能量密度及其状态方程和宇宙减速参数的宇宙学演化的解析式.基于对状态方程ω_(D)现值的天文观测,对相互作用因子施加了限制,发现ω_(D0)与相互作用因子呈简单的反线性关系,宇宙减速参数q∈[-0.91,-0.38]均为负值,这与天文观测的宇宙加速膨胀是一致的.

Bardeen-AdS黑洞的热力学混沌及暗能量效应

利用Melnikov方法研究了Bardeen-Anti de Sitter(AdS)黑洞对周期性微扰的热力学响应以及混沌的发生与演化,探讨了Quintessence暗能量对黑洞的影响.根据规范/引力对偶与扩展相空间的思想,将黑洞看作一个可压缩、具有微小黏性、各向同性的液体系统.首先对Bardeen-AdS黑洞的相变旋节区施加时间周期性微扰,当微扰的临界振幅γ大于临界振幅γ_(c)时,黑洞会产生热力学混沌现象,该临界值由非线性电磁场(具体体现为磁单极荷β)和初始温度T_(0)共同决定.然后对黑洞施加空间周期性微扰时,任意大小的微扰振幅均会导致黑洞相空间中出现混沌现象.考虑Kiselev的各向同性唯象模型,我们发现Quintessence暗能量对其内包裹黑洞的影响类似于一种热力学意义下的增益/阻尼机制.

暗能量与暗物质相互耦合的观测限制

暗能量是一种引起宇宙加速彭胀的排斥力,探索暗能量的性质是目前天文学和理论物理领域中最突出的问题之一。提供选取暗能量状态参数为常量和变量(随红移变化)的2种模型,并考虑在模型中加入一种被广泛采用的暗能量耦合形式Q=3αHρm进行数值模拟讨论。应用最新的观测数据对耦合模型的相关参数进行限制,得到了暗因子耦合强度的上限。对常量和变量耦合模型,在1σ,2σ和3σ置信度内,代表耦合强度的参数分别为α≤0.0176(0.0225)(0.0273)和α≤0.0206(0.0278)(0.0345)。研究表明,这2种模型可给出与目前的观测结果相一致的参数范围。

观测数据对暗能量状态参数的限制

状态方程是表征暗能量本质的一个重要物理量,而用观测数据拟合它是了解暗能量的重要手段之一。利用新公布的Ia型超新星数据,重子声学振荡(BAO)观测和Wilkinson微波背景各项异性探测卫星(WMAP)公布的5年数据限制CPL和JBP2种参数化模型,并重构暗能量状态方程w(z)。结果表明,与过去的工作相比,新的观测结果对w(z)的限制有一点改进,但仍与宇宙学常数模型相一致。

再论暗物质、暗能量、引力波-中微子及力的统一问题——从宇宙微波背景辐射B模偏振之发现的物理学意义谈起

进一步探讨暗物质、暗能量、引力波-中微子及力的统一问题,结果认为:(1)以宇宙大部分星系合并成的重力真空星的类似局部暴涨解释了宇宙加速膨胀的可能是暗能量的高比例之源;证明哈佛—史密森天体物理学中心等BICEP2望远镜发现的宇宙微波背景辐射的B模式偏振信号,可能是宇宙暴涨与上述的类似局部暴涨的引力波叠加作用的结果。(2)英国《自然》杂志发表的76个"黑洞"探测所发现的强大的磁场,客观上较强有力地支持作者提出的"黑洞"(暗星)的夸克星模型:由1/3基本电荷的正负夸克以类似于金刚石的正四面体"空间点阵"组成。质能守恒定律提示1/3基本电荷的夸克可能是空心结构。(3)进一步支持"黑洞"(暗星-夸克星)作为暗物质的候选者的可行性。

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γ>0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.

暗物质暗能量的性质与相互关联

最近英国学者据帕拉纳尔天文台的观测数据分析,对宇宙暗物质暗能量研究取得了一些进展.若认为宇宙暗物质是费米型中微子v0eF及其超对称伴子中性微子0eB组成,则据天体演化的2类自由流阻尼标度给出的质量、半径计算式,总结出暗物质特性,结果与观测基本相符,支持热暗物质说,同时也讨论了暗物质与暗能量的相互关联.

利用“天籁”暗能量观测阵列开展空间目标探测新技术试验

提出一种用于开展空间目标探测的大视场、多波束射电观测手段。通过柱形天线阵列,在特定方向获得大张角均匀巡天视场,实现对大空域范围的连续监视;基于综合孔径天图成像,实现对批量空间目标的实时捕获;利用小口径碟形天线之间的优化干涉组合,通过数字波束合成实现多目标精确跟踪测量。配合软件去噪与阵列定标校准手段,进一步提高微弱目标信号提取认证能力,降低系统功率与增益要求。提出利用具有相似阵列结构的"天籁"暗能量观测系统开展关键技术试验,以缩短研究周期、减少科研成本。从作用距离、信号特征、探测时间等方面对试验可行性进行了分析,结果表明"天籁"阵列具备支撑相关新技术试验的能力。

暗物质暗能量与地球动力学

近年来世界重大科技进展中,"暗物质"与"暗能量"始终是关注的焦点。暗物质无法用肉眼看见,意味着它们不能发射电磁波,只能通过引力产生的效应知道它的存在。暗能量是一种不可见的、充溢空间、具有负压强的能量。这种负压强在长距离类似于一种反引力。宇宙中所有的恒星和行星的运动都是由暗能量与万有引力来推动的。但是虽然天体物理对暗物质与暗能量的研究有长足进步,并且尽管它与地球科学密切相关,但是在国内地学界对这个问题却少人顾及。本文引用、抄录、梳理已有暗物质与暗能量文献,对暗物质与暗能量作一初略的介绍,并试图以此观点出发,对地球演化中动力学问题进行探讨。我们认为,地球内的暗能量是推动地球构造演化的主要原动力,它对地球演化的主要效应是使地球膨胀。地球的膨胀引发了其他许多地质作用和效应。文中以青藏高原、秦岭造山带及东南亚西太平洋为例,说明在地球物理研究中都未发现其俯冲的迹象,它们应是暗能量驱动地球膨胀造成的造山带。

相互作用DBI暗能量模型的高维动力学系统稳定性分析

深入探讨相互作用狄拉克-玻恩-因费尔德(Dirac-Born-Infeld,简称DBI)暗能量模型的高维动力学系统稳定性问题.具体地,在五维相空间{X,Y,Z,Γ,Θ}中,求解动力学系统的临界点,并通过相关的宇宙学条件讨论其稳定性和吸引子行为以限制相互作用耦合参数β的取值范围.进一步,为了直观地描绘DBI暗能量模型的五维动力学系统的演化特性,在稳定点S3c附近通过选取多个初始值(取耦合常数β=2),画出了五维相空间{X,Y,Z,Γ,Θ}向二维{X,Y}和三维子空间{X,Y,Z}以及不存在相互作用(耦合常数为零)特殊情况的投影相图,以便考察稳定点S3c的吸引子行为,并与柯尼克姆(Kaeonikhom)的二维相空间{X,Y}和科普兰德(Copeland)的三维相空间{X,Y,Z}结果进行比较分析.最后,利用数值方法分别描绘出DBI暗能量宇宙密度参数Ω,态参数w,有效态参数weff和减速参数q的演化规律,给出它们的今天值,并与天文观测数据做比较.

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.

具有奇异物质与暗能量作用的宇宙模型

研究了具有奇异物质与暗能量作用的4维宇宙模型,获得了一些新的宇宙解,这些解可用于解释宇宙加速膨胀;采用天文观测数据确定宇宙中物质与暗能量比例,此外,还根据观测数据估计了宇宙年龄.

含三个实标量场的暗能量模型

近年来型超新星的观测结果表明宇宙在加速膨胀,并且驱动宇宙加速膨胀的暗能量占据宇宙总能量密度的2/3。目前,物理学家们已经根据实验观测结果提出了一些暗能量的模型。这些模型的最主要的区别是它们预测了暗能量的不同的态方程,近而给出了不同的宇宙论,但是它们的态方程参数ω都限制在-1<ω<-1/3的范围内。然而最近的观测数据似乎支持暗能量的态方程参数ω由之前的ω>-1演化到当今时代的ω<-1。在本文中我们考虑了一个含三个实标量场的暗能量模型来实现上述情况.

修正的Chaplygin气体暗能量及其Om几何诊断法

在标准宇宙学模型框架下,为解释当前宇宙的加速膨胀,人们引入了具有负压强的暗能量。修正的Chaplygin气体(MCG)模型是一种暗能量和暗物质的统一模型,可以用来解释当前宇宙的加速膨胀。考虑在暗能量和暗物质之间没有相互作用和存在相互作用这两种情况下,MCG模型的动力学方程和能量密度随红移z的演化,通过绘图分析得到其能量转化规律。进一步应用Om几何诊断方法,将MCG模型与宇宙学常数模型ΛCDM和Chaplygin气体(GCG)模型加以区分。

暗能量的理论问题

暗能量是近几年宇宙学的重大发现之一,它的存在给宇宙学、引力理论和统一理论提出了一个重大难题。我们简要解释目前存在的各种暗能量理论和模型,指出暗能量的最终理解将深化宇宙学和统一理论的研究。

具有对称性的tachyon场作为暗能量

本文我们主要研究具有对称性taclhyon场作为暗能量的情况。对tachyon场,我们提出了SO(2)和SO(1,1)暗能量模型,此两个模型均包含两个场量,从而将tachyon模型推广到了双场。我们还推导出这两种模型中相应的tachyon场的运动方程、能量密度ρ_T、压强P_T以及态方程能数ω_T的表达式,并讨论了态方程参数的取值范围。

LAMOST与暗能量

2003年威尔金森微波背景各向异性探测器（WMAP）和斯隆数字巡天（SDSS）通过天文观测对宇宙学参数进行的精确测量，强有力地支持了一个以暗能量、暗物质为主的暴胀宇宙模型。这在人类探索宇宙奥秘和物质基本结构的道路上无疑是一个光辉成就。这一成果被美国《科学》杂志选为2003年度世界十大科技进展，引起了科学界和社会各界的广泛关注。

暗物质与暗能量

美国《science》期刊所评2003年十大科学成就中将“证实了宇宙主要由神秘的暗物质和暗能量组成”列为首项：“宇宙是平直的；宇宙中存在4．4％重子物质，22．6％暗物质和73％暗能量．”这是科学家们分析了威尔金森微波各向异性探测器(Wilkinson Mi-