發(fā)布時(shí)間：2020-05-07 05:08

【摘要】：宇宙學(xué)中最具挑戰(zhàn)性的問題之一是理解晚期宇宙加速膨脹背后的物理機(jī)制�，F(xiàn)在已經(jīng)有許多的觀測(cè)被用于探測(cè)這種正加速度背后的機(jī)制,如高紅移Ia型超新星(SNeIa),宇宙微波背景輻射(CMB),星系團(tuán),重子聲波振蕩(BAO)等。這些工具基于一個(gè)基本假設(shè),即光子總數(shù)在宇宙尺度上是守恒的。這是宇宙距離對(duì)偶(cosmic distance duality,CDD)關(guān)系DL/DA(1+z)2=1成立的關(guān)鍵假設(shè)之一,這個(gè)關(guān)系只與光度距離DL和角直徑距離DA以及此處的紅移值有關(guān)。這個(gè)等式又被稱為艾丁頓(Etherington relation)關(guān)系,是艾丁頓于1933年提出的。CDD關(guān)系是表征在尺度因子變化的時(shí)空中兩種距離的關(guān)系,對(duì)于所有基于黎曼幾何的宇宙學(xué)模型都有效,在探索晚期宇宙加速膨脹時(shí)經(jīng)常用到。這個(gè)關(guān)系在觀測(cè)宇宙學(xué)中起著重要作用,特別是在星系觀測(cè),CMB觀測(cè)和引力透鏡中起著至關(guān)重要的作用。此外,CDD關(guān)系的偏離可能使度規(guī)引力理論在解釋宇宙的背景動(dòng)力學(xué)時(shí)失敗而導(dǎo)致新物理學(xué)的出現(xiàn),如可變的基本物理常數(shù),軸子光子混合(axion-photon mixing)等標(biāo)準(zhǔn)模型以外的物理宇宙學(xué)理論。因此有必要精確地檢驗(yàn)CDD關(guān)系,目前的檢驗(yàn)中,光度距離的來源通常是通過觀測(cè)到的超新星樣本。而超新星樣本給出的光度距離通常是與超新星的光變曲線參數(shù)相關(guān),人們采用了諸如ACDM這樣的模型得出這些光變曲線參數(shù)。由于CDD關(guān)系的成立條件,我們可以在非加速膨脹的宇宙學(xué)模型Rh＝ct宇宙模型下檢測(cè)CDD關(guān)系是否成立。我們的檢測(cè)中,同先前的許多工作一樣,宇宙學(xué)模型隱含在SNe Ia的光度距離里面。本篇博士論文就是利用多種數(shù)據(jù)檢測(cè)CDD關(guān)系在兩種宇宙學(xué)模型下的有效性,以及比較模型優(yōu)劣。在考慮有宇宙學(xué)不透明度的情況下,研究標(biāo)準(zhǔn)燭光的偏離通過CDD關(guān)系傳導(dǎo)給其他的宇宙學(xué)參數(shù)對(duì)于限制宇宙學(xué)模型參數(shù)的影響。第一章,我們簡(jiǎn)要的介紹了一下宇宙學(xué)的基本知識(shí),特別是標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型以及宇宙學(xué)距離的概念。第二章我們介紹了一下Rh=ct宇宙學(xué)模型以及利用五星系團(tuán)角直徑距離和超新星光變曲線數(shù)據(jù)來同時(shí)限制CDD關(guān)系,宇宙學(xué)參數(shù)和SNe Ia的光變曲線參數(shù)系數(shù)。我們發(fā)現(xiàn)在同時(shí)限制的情況下,作為自由參數(shù)的哈勃常數(shù)和作為干擾參數(shù)的絕對(duì)星等不再簡(jiǎn)并,此時(shí)CDD關(guān)系對(duì)于H0的變化很敏感。在適當(dāng)?shù)腍0取值之下,CDD關(guān)系都在2σ置信水平上成立。在本次檢測(cè)所用的數(shù)據(jù)中,通過兩種標(biāo)準(zhǔn)信息準(zhǔn)則判斷,平坦的ACDM模型要優(yōu)于Rh=ct模型。我們也給出了 CDD關(guān)系的一種與宇宙學(xué)模型獨(dú)立的檢測(cè)方法。第三章,我們分析了宇宙不透明度對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)燭光限制宇宙學(xué)模型參數(shù)造成的影響,我們分析了其中的一種不透明度來源,即康普頓散射消光,討論了這種效應(yīng)對(duì)今后的超新星,GRB巡天的影響。其結(jié)果表明,依文中所用的數(shù)據(jù),宇宙幾乎是透明的,不透明度的影響不足以否定暗能量,康普頓散射消光對(duì)宇宙不透明的貢獻(xiàn)為5%左右。在今后的巡天中,如WFIRST將觀測(cè)超過2700顆超新星,需要考慮這種影響,以免造成系統(tǒng)誤差。而對(duì)于GRB的情況,由于高能GRB光子散射截面小,康普頓散射消光效應(yīng)造成的誤差相對(duì)于GRB自身距離模數(shù)的系統(tǒng)誤差要小一個(gè)數(shù)量級(jí),所以可以忽略不計(jì)。第四章我們使用強(qiáng)引力透鏡數(shù)據(jù)結(jié)合H(z),BAO的數(shù)據(jù)來限制宇宙學(xué)模型參數(shù),主要考慮了平坦的和有曲率的ACDM模型,冪律宇宙模型,以及作為冪律模型的特殊情況的Rh=ct宇宙模型。我們發(fā)現(xiàn)平坦的ACDM模型要更受數(shù)據(jù)支持,通過加入更多的數(shù)據(jù)集,基本上排除掉了冪律宇宙學(xué)模型,但是并不能得出平坦的ACDM宇宙學(xué)模型更好的結(jié)論。第五章,是我們完成上述工作所做的一點(diǎn)總結(jié)以及作者對(duì)于這個(gè)研究方向的一些展望。
【圖文】：

Ｚ逡逑圖是在平坦的宇宙模型下，采用固定的／／Ｑ邋＝邋ＴＯｋｍｄＭｐｃ－１，距離合關(guān)系為圖中的黑線。下圖為距離模數(shù)擬合殘差與紅移的函數(shù)，圖中Ａｚ／ｚ？０．２４的紅移區(qū)域加權(quán)平均的值。圖片來自Ｂｅｔｏｕｌｅ邋ｅｔ邋ａｌ．邋（２０１４邋Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋｈａｒ邋極限，例如邋ＳＮ邋２００３ｆｇ邋（Ｈｏｗｅｌｌ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２00６）。標(biāo)準(zhǔn)燭光來研究宇宙學(xué)，必須去除這一部分質(zhì)量超過ＣｈａｎｄＮｅ邋ｌａ。逡逑透明度的影響。光路上的塵埃消光會(huì)使得超新星的觀測(cè)光變暗，增加了觀測(cè)到的光度距離。逡逑－改正。超新星的觀測(cè)中，由于觀測(cè)條件限制，不能同時(shí)對(duì)波段觀測(cè)，需要把不同的儀器觀測(cè)到的流量重新計(jì)算，換算止的參考系中的相同波段。逡逑動(dòng)速度（ｐｅｃｕｌｉａｒ邋ｖｅｌｏｃｉｔｙ）。本動(dòng)速度也對(duì)超星新的光度距離ｏｒｄｏｎ邋ｅｔ邋ａＬ（２００７）在限制暗能量狀態(tài)方程ｗ時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用了邋Ｎｅ邋ｌａ樣本來限制的話，如果不考慮本動(dòng)速度的影響，會(huì)有而按照Ｃｏｎｌｅｙ邋ｅｔ邋ａｌ．２０１１）論文方式，建議�。铮颍哄澹藉澹保担埃耄�

ＷＭＡＰ衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)比，可以獲的暗能量的組分大小以及狀態(tài)方程。它是一個(gè)逡逑能夠較為準(zhǔn)確地定出暗能Ｗ組分參數(shù)的Ｍ足eA后散射截而的視界角度標(biāo)尺，；ｉｔ逡逑倍總包含ＣＭＢ的溫度擾動(dòng)譜／廠的第一個(gè)峰的位竹見圖１－４。通過測(cè)后散逡逑射截面ｆ和從ＣＭＢ的物理原理中計(jì)算共動(dòng)聲速視界／？．、彳‘）。ＣＭＢ最后散逡逑射截面的共動(dòng)角直徑距離為：逡逑Ｄｃ｛ｚｄｅｃ）邋＝邐（１－５３）逡逑＂０逡逑其中就是ＣＭＢ的平移參數(shù)，，定義為：逡逑Ｒ邋＝邐ｒ邋ｄｚ＾邐（１－５４）逡逑Ｊｏ邋Ｅ（ｚ）逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P159

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本文編號(hào)：2652487