【摘要】：大爆炸(Big Bang)宇宙學(xué)被認為有三大實驗基石：Hubble膨脹,原初核合成和宇宙微波背景輻射(CMB)。在這三大實驗事實之上,基于宇宙學(xué)原理和廣義相對論,標準宇宙學(xué)模型便基本建立了起來。一方面,它給出了一個隨時間演化的均勻各向同性的背景宇宙,背景宇宙的演化由尺度因子來描述,尺度因子的演化遵守Friedmann方程。另一方面,現(xiàn)代宇宙學(xué)認為真實的宇宙是一個存在擾動的宇宙：宇宙的時空存在微小的不均勻性,宇宙中的物質(zhì)分布存在結(jié)團性。一個在背景之上存在微小漲落的宇宙可以通過線性擾動理論來描述。今天宇宙中如此多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的存在都是原初宇宙的密度擾動由于引力不穩(wěn)定性演化而形成的,而原初宇宙的密度擾動的產(chǎn)生可以用暴漲理論給予解釋。暴漲理論認為,極早期的宇宙是高度的均勻各向同性的。在能標大約1015GeV時候,宇宙經(jīng)歷了一次十分短暫的加速膨脹過程。在此期問的產(chǎn)生的微觀尺度上真空量子漲落被迅速拉出視界,從而在宏觀尺度上凍結(jié)成為了經(jīng)典的原初擾動。隨著觀測設(shè)備的改善和觀測技術(shù)的提高,目前宇宙學(xué)的研究已經(jīng)進入了精確時代。精確時代的宇宙學(xué)研究體現(xiàn)在能夠利用較精確的宇宙學(xué)觀測數(shù)據(jù)實現(xiàn)對宇宙學(xué)模型參數(shù)的較精確測量。在這個階段,觀測宇宙學(xué)取得了一系列進展。其中十分有意義的有兩件事：a.1998年利用較遠的Ia型超新星數(shù)據(jù)(SNIa)確定了宇宙在加速膨脹,這暗示了暗能量的存在；b. COBE之后的兩代CMB各向異性測量衛(wèi)星WMAP和Planck精確的給出了宇宙背景微波輻射漲落的角功率譜,這使得我們可以細致的對宇宙早期的物理過程進行研究。目前來自宇宙微波背景輻射,重子聲波振蕩(BAO),Ia型超新星等傳統(tǒng)宇宙探針的數(shù)據(jù)仍然支持宇宙學(xué)常數(shù)冷暗物質(zhì)模型(ACDM)。在這個模型之下,宇宙是空間平坦的,具有近標度不變的原初標量擾動譜,宇宙的總能量密度中其中有約70%是宇宙學(xué)常數(shù)(A)暗能量,近25%是冷暗物質(zhì)(CDM),只有約5%是粒子物理標準模型(SM)下的物質(zhì)。當然,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)也同樣支持一些超出ACDM的模型,這些模型在ACDM模型的基礎(chǔ)上引入了一些額外的參數(shù)。但是,由于在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)之下宇宙學(xué)參數(shù)之間存在著各種簡并,使得即使一些精度較高的數(shù)據(jù)也無法給這些模型中的一些關(guān)鍵參數(shù)以很好的限制。所以我們考慮采用一種較新的宇宙學(xué)探針—對Hubble參量的直接測量。Hubble參量反映了宇宙膨脹的歷史,它與宇宙中各個組分的信息聯(lián)系在一起,我們期待可以用它的觀測數(shù)據(jù)來打破簡并,并改善限制。我們在傳統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上加入哈勃參量的觀測數(shù)據(jù),對參數(shù)化的各種超出ACDM的擴展宇宙學(xué)模型進行了限制。結(jié)果顯示,由于哈勃參量的數(shù)據(jù)可以給宇宙晚期的膨脹率提供額外的信息,所以當把不同紅移的數(shù)據(jù)點包括進入分析之后,對打破某些宇宙學(xué)參數(shù)之間的簡并起到了較大幫助,從而對這些參數(shù)給出了更好的限制；另外,由于一些擬合參數(shù)與Hubble常數(shù)Ho存在簡并,所以Ho的直接測量值在數(shù)據(jù)分析中可以明顯影響這些參數(shù)的中心值,并給以了比較好的限制,比如對有效中微子代數(shù)Ⅳeff來說就是這樣。自從對Ia型超新星的觀測發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹以來,暗能量這個可能是驅(qū)動宇宙作加速膨脹的神秘的成份,一直就是當代宇宙學(xué)的熱點話題。對暗能量的物理本質(zhì)有各種各樣的假設(shè),比如真空能,各種標量場等等,但這些關(guān)于暗能量的物理解釋中還沒有一個有絕對的說服力。所以利用觀測數(shù)據(jù)對參數(shù)化的暗能量模型的限制就顯得很重要。對暗能量來說,狀態(tài)方程(EoS)是描述它自身性質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù),它決定了暗能量密度的演化規(guī)律。所以,我們采用了最新的觀測數(shù)據(jù)對暗能量狀態(tài)方程進行了研究：我們利用了來自Planck的CMB角功率譜數(shù)據(jù),Pan-STARRS超新星樣本以及BAO的觀測數(shù)據(jù),并采用了三種不同的暗能量狀態(tài)方程的參數(shù)化方法：常數(shù)狀態(tài)方程w,隨時間演化的2-參數(shù)形式的狀態(tài)方程(w(a)=w0+wa(1-a)),分bin的分段常數(shù)暗能量狀態(tài)方程(bin-w).對bin-w的結(jié)果,我們還進行了主成分分析(PCA)來使得我們得到的EoS結(jié)果更加物理。結(jié)果顯示,對于前兩種參數(shù)化,擬合得到的狀態(tài)方程分別在2σ和1σ的置信水平仍然是和ACDM自洽的；對于分bin的參數(shù)化,整體擬合的結(jié)果與ACDM符合的很好,但PCA處理得到的結(jié)果顯示了EoS在某些紅移bin上對伽=-1的輕微偏離�？紤]到許多bin上的誤差仍然比較大,故我們需要更多的數(shù)據(jù)做進一步的驗證。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P159

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本文編號：2732579