暗能量和加速膨胀的宇宙

1998年发现的宇宙加速膨胀是当代科学中最重大的课题之一.理论上,宇宙的加速膨胀可能意味着当前宇宙中约三分之二的能量密度是由一种新的能量组分,即暗能量所提供的也可能意味着爱因斯坦提出的广义相对论在宇宙学尺度上需要修正.暗能量和修正引力这两种完全不同的物理机制可以给出完全相同的宇宙背景膨胀历史,但却预言不同的结构形成过程.因此,我们可以通过观测宇宙的大尺度结构形成和演化来区分这两种不同的物理机制,揭示宇宙加速膨胀背后的物理规律.宇宙大尺度星系巡天是研究宇宙加速膨胀机制的重要探针之一.基于星系巡天,我们可以通过测量重子声波振荡(baryonic acoustic oscillations,BAO)和红移空间畸变(redshift space distortions,RSD)两种特殊的星系成团属性,同时测量宇宙的背景膨胀和结构形成历史,进而分别开展暗能量性质以及引力研究.SDSS(Sloan Digital Sky Survey)三期的BOSS(Baryonic Oscillation Spectroscopic Survey)巡天是近期完成的世界最大规模的星系巡天.通过对10000平方度左右天区的观测,BOSS获取了近一百万条星系光谱.基于BOSS的观测,我们对暗能量和引力性质开展了深入研究,并发现了暗能量的动力学迹象.目前正在巡天的e BOSS(extended Baryonic Oscillation Spectroscopic Survey)项目以及后续的DESI(Dark Energy Spectroscopic Instrument)和PFS(Prime Focus Spectrograph)等大型巡天将在更高的红移、以更高的精度测量BAO和RSD,这将为宇宙加速膨胀机制的研究提供关键的观测支持.

持续参与世界最大综合孔径望远镜SKA国际合作

平方公里阵SKA(Square Kilometre Array)是计划建造的世界最大综合孔径射电望远镜,致力于回答宇宙起源和基本力等问题.自1993年概念提出,全球已有20个国家67个科研机构的天文学家和工程师参与SKA预研究.中国在SKA发起、选址、工程概念及技术研发等方面起到了重要推进作用.目前SKA已进入建设准备阶段,包括中国在内的许多国家正在进行先导天线、相位阵馈源等SKA关键技术试验研究.中国持续参与SKA国际合作,组建团队探索有限科学目标、致力于高精度轻型天线设计与工艺研究、宽频带大视场接收机技术研究,将跨越式提升我国天文学和技术水平、我国工程和制造业水平,实现国际重大科学工程的"中国创造"里程碑.其可行性已通过多方分析和论证,SKA是中国参与21世纪国际重大科学工程千载难逢的机遇.

SKA建设准备阶段关键问题研究

平方公里阵(Square Kilometre Array,SKA)是即将建造的世界最大综合孔径射电望远镜.自1993年SKA国际合作启动以来,包括中国在内20个国家逾100家机构科技人员参与其中.SKA现处于建设准备阶段,中国参与了10个国际工作包联盟中的6个.开展反射面天线、孔径阵列技术、宽带单波束馈源、相位阵馈源、信号与数据传输、科学数据处理等SKA关键技术设计及试验.2015年发布的新版《国际SKA科学白皮书》中,中国学者总计参与了其中20%的章节.SKA基线重订后,20余位国内天文学家参与了13个科学目标工作组的11个.确立了我国SKA科学目标"2+1"战略,并在宇宙再电离探测及SKA核心数据处理方法等方面取得重要进展.2015年6月,中国参与SKA第一阶段建设的建议通过了中国科学院学部咨询评议.SKA被列入十三五规划.持续探索有限科学目标、致力于高精度轻型天线设计与工艺等技术研究,建造自己的望远镜阵列,打造SKA区域数据中心,将提升我国天文和相关技术水平,实现国际大科学工程中的"中国创造".本文简述了SKA历史脉络,综述了SKA建设准备阶段国内外主要进展,探讨了中国SKA未来计划.通过对SKA关键科学技术问题进行研究,自主研制了中国SKA验证天线DVA-C系统,成功观测到银河系中性氢和若干脉冲星.

星系红移巡天宇宙学——探索暗能量

宇宙时空的加速膨胀是20世纪自然科学最伟大的发现之一,探索其背后的物理机制是当前物理学和天文学的关键科学任务.在此研究领域,亟待解决的问题包括:(1)如何从海量观测数据中提取暗能量相关的核心信息?(2)暗能量是否具有动力学性质?(3)暗能量的本质是什么?暗能量研究的主要方法是联合多种探测手段,通过精准测量宇宙的膨胀率和结构形成来获取暗能量性质.大型星系红移巡天为暗能量研究提供了关键的数据支持.我们从巡天样本中提取重子声波振荡(baryon acoustic oscillations,BAO)和红移空间畸变(redshift space distortions,RSD)等重要的宇宙学探针,分别用于测量宇宙的膨胀率和结构增长率,开展暗能量研究.大型巡天项目斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)已成功获取了百万量级的高质量星系光谱,测绘了迄今为止最大的宇宙三维图像,并将宇宙距离测量精度提高到1%,在高精度暗能量检验中发挥至关重要的作用.本文主要介绍过去10年内国际上最大的星系红移巡天项目——SDSS三期的重子振荡光谱巡天(Baryon Oscillation Spectroscopic Survey,BOSS,2009~2014年)和四期的拓展重子振荡光谱巡天(extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey,eBOSS,2014~2019年),以及我们依托BOSS和e BOSS巡天开展暗能量研究方面的最新进展.

在加速器上探测周围的超对称暗物质(英文)

探讨了在加速器上直接检测周围超对称暗物质的可能性,计算了暗物质与e^+e^-和强子对撞机上束粒子碰撞的弹性和非弹性散射截面．