《第五讲观测宇宙学的一些新进展.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五讲观测宇宙学的一些新进展.ppt（148页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、观测宇宙学的一些新进展,大爆炸宇宙的提出和标准化,1927年，勒梅特，“原始光子” 1948年，伽莫夫(Gamov)、阿尔芬(Alpher)、 贝色(Bethe)，-理论 1957年，B2FH（G.Burbidge,F.Burbidge, Fowler and Hoyle) 1965年，宇宙微波背景发现 标准化进程：爱因斯坦，弗里德曼，罗伯逊， 沃克，勒梅特，伽莫夫,热大爆炸宇宙模型 标准宇宙模型,宇宙中的物质分布是均匀和各项同性的 目前的宇宙处于膨胀状态 宇宙起源于一次热大爆炸 宇宙时空用RW度规来描述,从热大爆炸宇宙诞生,光子粒子对 TKB2mc2 T2mc2/KB,3分钟造就一个宇宙,最
2、初三分钟,T1013 核子：质子，反质子，中子，反中子 t1.510-6秒 T1012 强子： 介子 t1.210-4秒 T1011 光子和粒子热动平衡 t0.01秒 T1010 中微子逃逸 t1.1秒 T109 正负电子湮灭，电子、质子、氘和氦 t3分45秒,宇宙的极早期,10-6秒，物质和辐射不可分， 引力可能量子化 一片夸克海洋,人的认识极限量子化,Et =h/2，h=6.62510-27erg s 产生粒子对 E2mc2 的时间 t tc/2mc2 -康普顿时间 光穿过一个m基本粒子的时间 ts2Gm/c3 -史瓦西时间,极限物理量,令tcts， 普朗克质量 普朗克时间 普朗克长度 普
3、朗克温度 T=1032K,支持热大爆炸的主要观测事实,目前的宇宙在膨胀着 存在着各向同性的黑体谱宇宙背景辐射 氦和氘的宇宙丰度（约占1/4）必须借助早期的宇宙核合成 宇宙的年龄不超过200亿年,观测能力极大提高 多波段天文学,-ray Xray 光学 红外 射电,Xray 巡天,Uhuru（自由号） 1970 HERO1 高能天文台 1977 HERO2 爱因斯坦天文台 1978 HERO3 1979 白鸟 (Hakucho) 1979 天马 (Tenma Astro-B) 1983 EXOSAT 1983 银河 (Ginga Astro-C) 1987,ROSAT 1990 ASCA (As
4、tro-D) 19932001 BeppoSAX 19962002 RXTE 1995 (ROSS X-ray Timing Explorer) Chandra (AXAF) 1999 (NASA) XMM-Newton 1999,The Uhuru Satellite,The HEAO-1 Satellite,The HEAO-3 Satellite,The Einstein Observatory (HEAO-2),The Hakucho Satellite,The Tenma Astro B Satellite,The EXOSAT Observatory,The Ginga Satel
5、lite,ASCA: The Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics,BeppoSAX,The Rossi X-ray Timing Explorer,ROSAT : The Roentgen Satellite,Chandra X-ray Observatory,Mission Chandra,Lifetime : 23 July 1999 - (nominal 5 year mission) Energy Range : 0.1-10 keV Special Features : 64 Hours highly-eccentric
6、 Earth orbit.Spatial resolution 1 arcsec Science Hightlight: X-ray imaging the sources associated with Gamma-ray bursts and determining their positions with an unprecedented precision. Monitoring the X-ray afterglow of Gamma-ray bursts,The X-ray Multi-Mirror Mission (XMM-Newton),Mission XMM-Newton L
7、ifetime : December 1999 - (nominal 10 year mission) Energy Range : 0.1-15 keV Special Features : Very large collecting area. Simulataneous X-ray & Optical observations.,The following figure compares the XMM-Newton mirror areas with those of other recent X-ray observatories (note that the detector ef
8、ficiency has not been included). The figure clearly shows the greater area and extended energy range of XMM-Newton compared to ROSAT, ASCA, and even Chandra.,光 学 巡 天,2dF,Deep Extragalactic Evolutionary Probe ( DEEP ),The Deep Extragalactic Evolutionary Probe (DEEP) is a multi-year program which uses
9、 the twin 10-m Keck Telescopes and the Hubble Space Telescope to conduct a large scale survey of distant, faint, field galaxies.,红 外 巡 天,IRAS 12, 25, 60, 100m 1983 ISO 2.5-240m 1995-1998 2MASS SIRTF 2.5-200 m 2003 WIRE 12, 25m 1998,The Two Micron All Sky Survey (2MASS) project Two Matching 1.3m Tele
10、scopes, Optimized for Efficient Sky Coverage Sites are Mt. Hopkins and CTIO Cameras include 3 infrared arrays, 256 256 - one for each the three bands ( J (1.25 m), H (1.65 m), and Ks (2.17 m) Camera Pixel Size is 2.0“ x 2.0“ Tilting secondary motion during declination scanning freezes frames. 1.3 se
11、cond exposure time per frame x 6 frames per source = 7.8s integration time. Sub-stepping in both the in-scan and cross-scan direction minimizes effects of undersampling due to large pixels. Mapping Rate of 70 sq. deg./band/night,射 电 巡 天 (38MHz-4.85GHz),NVSS(NRAO VLA Sky Survey) NVSS是利用VLA系统在1.4GHz对赤
12、纬-40 (J2000.0)的天区进行射电巡天，角分辨率约为45“，5的灵敏度约2.4mJy。它在1997年底结束，巡天范围达天球表面积的82%。 它的主要结果有 (1)2326幅44 射电天图，每幅图中有约一千个射电源，并包含Stokes的I、Q、U三个分量的偏振信息； (2)约1,800,000个分离射电源星表，流量密度S2.5mJy，表中有各源的射电坐标、1.4GHz的射电流量、偏振流量、偏振位置角及其测量误差等。,The FIRST Survey Faint Images of the Radio Sky at 20cm - is a project designed to produ
13、ce the radio equivalent of the Palomar Observatory Sky Survey over 10,000 square degrees of the North and South Galactic Caps. Using the NRAO Very Large Array (VLA) and an automated mapping pipeline, we produce images with 1.8“ pixels, a typical rms of 0.15 mJy, and a resolution of 5“. At the 1 mJy
14、source detection threshold, there are 90 sources per square degree, 35% of which have resolved structure on scales from 2-30“.,全波段, 大样本, 巨信息,突出创新思想 增强课题意识,LAMOST的光谱能力与观测模式, 107星系 宇宙大尺度结构与星系物理 107恒星 恒星物理与银河系结构 106类星体 多波段天体物理,观测宇宙学的热点,哈勃常数和宇宙的年龄 宇宙中的暗物质 宇宙中的元素丰度 宇宙的大尺度结构 宇宙的背景辐射 活动星系核,宇宙的背景辐射,哈勃常数和宇宙的
15、年龄,测定哈勃常数方法 星系和星系团 超新星 宇宙背景辐射,最新的宇宙学常数,哈勃常数h0.71 0.03 宇宙年龄 t013.7 0.2 Gyr 宇宙背景温度 TCMB2.725 0.002 K 宇宙总物质密度 tot=1.02 0.02 暗能量密度 =0.73 0.04 重子物质密度 b=0.044 0.004 物质密度 m=0.27 0.04,宇宙中的元素丰度和物质,可视物质和不可视物质（暗物质）,宇宙中可视物质部分远远小于不可视物质部分。从星系和星系团的物质含量分析，可视部分估计占1030%。一些星系团的动力学分析表明，可视物质成分可能只占1%左右。 暗物质的发现： 在观测银河系的旋转
16、运动时，在银河系中观测到的天体的质量与根据动力学计算出来的质量不符。观测到的天体数量显著不足。这些没有观测到的物质便称之为暗物质或不可视物质，有时也称为短缺质量。,热气体的X射线辐射 对于椭圆星系，利用转动曲线方法确定质量不再十分有效。更直接的方法是观测其热气体的X射线辐射。由X射线辐射温度估计出的暗物质的数量和旋涡星系差不多。 对于星系团，ROSAT的X射线观测表明，星系团中充满了热气体。其暗物质成分至少在可视物质的10倍以上。一些星系团,如室女团、后发团，其M/L100。个别星系团的质光比能够达到1000。 动力学质量 对于星系对和星系团，用动力学方法（位力定理）确定的位力质量远超过可视质
17、量 引力透镜效应,宇宙中的暗物质比可见物质质量要高十倍，几十倍甚至上百倍。因此，暗物质的存在增强了宇宙大尺度分布的均匀性，而且可能是宇宙运动和演化的主宰。,类星体的观测与研究,类星体的多波段观测,光学波段 射电波段 X射线波段 红外波段 完备的多波段样本,Slitless Spectroscopic Technique,By Hoag, Smith, Osmer in 1970s From the slitless spectrum one can see Ly 1216 CIV 1549 CIII 1909 MGII 2798 Improvement: (1)To decrease the
18、select effect (2)To increase the successful rate,宇宙探针,宇宙中最早形成的天体？ 引力透镜 Ly线丛 D丰度测定,问题与挑战,1.大尺度结构是完全均匀的吗,2. 氘的丰度是否出了问题,D丰度测定 D/H=210-5 观测值 3 10-4,3. 先有鸡还是先有蛋,星系是怎样形成的,这张照片是由哈勃空间望远镜拍摄的。星系团中的蓝色表明它们还相当年轻，它们的年龄从两百万年到十亿年。这个星系群和与它最近的星系相距15万光年。它位于飞马座，离我们2.7亿光年，也是最早发现的密集星系群。下面的动画显示了该星系群的形成过程。,4.最遥远的天体是什么,类星体
19、Z=6.42 星系 Z=6.56 其它 Z= ?,5.类星体的红移的本质及其争论,红移的本质 宇宙论性 非宇宙论性 （二者兼之）,宇宙论性红移,类星体和一些活动星系核没有明显的本质区别 类星体光谱中的H，C，Ca，Mg，Na等的谱线都出现在一般星系中 在几个和星系靠近的类星体中，观测到了红移值和星系距离一致的吸收线 Ly森林线是由宇宙中的氢云造成的 类星体对中观测到了属于对方的吸收线 观测到了类星体周围的气体云，且距离相同，表明类星体是活动星系核 引力透镜现象 没有肯定的证据证明红移是非宇宙论性的,非宇宙论性红移,亮星系周围类星体的数密度明显高于场类星体 类星体靠近星系，而彼此红移相差很大 亮
20、星系本身存在着高红移的“特区” 类星体和星系存在着统计上的相关性 类星体往往存在着特殊的排列和成团性 观测上没有发现黑洞模型的充分证据 “能量予莫”矛盾依然存在 没有肯定证据否定红移是非宇宙论性的,6.和暗能量,7.是否存在反物质,8.宇宙的年龄究竟有多久,假如: 0+=1 H0=0.6 0.8 则宇宙年龄=12 17 109年,9.存在着其它的宇宙吗？,四人帮的叫板 Arp Hoyle Burbidge Nalikar,天文学家 不会是一群蚂蚁吧,谢谢,这张照片是由哈勃空间望远镜拍摄的。星系团中的蓝色表明它们还相当年轻，它们的年龄从两百万年到十亿年。这个星系群和与它最近的星系相距15万光年。它位于飞马座，离我们2.7亿光年，也是最早发现的密集星系群。下面的动画显示了该星系群的形成过程。,