中科大宇宙学课件09宇宙的演化与结构

奥伯斯(Olbers)佯谬积累的星光应该亮如白昼。Mpc构约100万个星系在30度天空范围和20亿光年距离内的分布宇宙微波背景辐射的观测为宇宙学原理提供了有力的满足宇宙学原理的时空度规必可化为如下形式ctor17年Einstein将广义相对论引力场方程应用于宇宙的结型(有限无边，没有中心)。.Friedman膨胀宇宙模型1922年，俄国数学家A.Friedman求得不含“宇宙常数”项Friedman三项来膨胀宇宙的演化E=T+U=mV2/2–GMm/r0c0Ω>1,束缚宇宙，膨胀→收缩0Ω0<1,开放宇宙，无限膨胀Ω0=1,临界束缚宇宙，无限膨胀星系的谱线红移遵循哈勃定律0V=HD0假设宇宙膨胀速度不随时间发生变化，由此可以得到restein的宇宙必小的空间一个起始”。AbbeGeorgeLeMaitre每颗恒星仅在有限的时间内产生辐射.由于宇宙膨胀，星系在离我们远去，发出的光子发生宇宙的年龄不是无限的，遥远恒星的光子迄今尚未到达地球。我们只可能观测到宇宙视界(天体的退行速度达到光速处)内的天体的辐射。thetetellsthatverseisbillionyearsold.TheoldestwhitedwarfstarsinourGalaxyturnouttobe12to13billionyearsold.Thefirststarsformedlessthan1billionyearsaftertheuniverse'sbirthinthebigbang.于约150亿年物质则随着空间膨胀(宇宙是无中心的)。v由于物质(引力)的存在，宇宙的膨胀应该减慢。宇宙减速因子(decelerationfactor)对高红移Ia型超新星的在加速膨造成今天宇宙加速膨胀天文学家称它为暗能量HST对目前已知的最大红移(z~1.7)的Ia型超新星的观测发现它的亮度比按照今天的宇宙膨胀的预计值更高，说明在宇宙演化初期SN1997ff观测到的宇宙微波背景辐射的涨落表明宇宙的位形是综合高红移超新星与宇宙微波背景辐射的观测可以估Gamov,Alpher和Herman预言5-50K的宇宙大爆炸的残余965年Penzias和Wilson在7.35厘米波长发现宇宙背景中kground1989年宇宙背景探测仪(COBE)对0.5毫米-10辐射进行观测2.74K黑体辐射景辐射谱景辐射的偶极不对称利用太阳运动多普勒效应对背景辐射的影响，可以测定太阳系群以370km/s速度向为狮子座(Leo)方向运太阳运动的朝向与被向方向的温度分别变化10-3辐射的涨落系尘埃TheWilkinsonMicrowaveAnisotropyProbe(WMAP)LaunchedonJune30,2001TheFirstDetailedFullSkyPictureoftheOldestLightintheUniverseeenCOBEandWMAPImplicationsofWMAPDatatoFirststarsignited200millionyearsaftertheBigBang.LightinWMAPpicturefrom380,000yearsaftertheBigBang.ContentoftheUniverse:–4%Atoms,23%ColdDarkMatter,73%Darkenergy.Ho71km/sec/Mpc(withamarginoferrorofabout5%)NewevidenceforInflation(inpolarizedsignal)Forthetheorythatfitsthedata,theUniversewillexpandforever.–在宇宙早期是辐射主导–辐射主导与物质主导时电磁波红移,∆λ/λ=v/c∝(da/dt)/a(t)质量对应的能量占支配地位考虑数密度与光子能量的物质的创生–在极高温度下，高能光子的碰撞会产生正负粒子对起点温度：–正负粒子对湮灭会产生光子今天的史未知物理理论(量子引力论)T∞-1032KstsTK子形成tt(4)轻子时代热平衡状态。当t=102s,T<109K,正负电子对形tt的理论与观与中子结合形成氘核1H+neutron>2H+E成，就被高能光子瓦解，这个阶段称为氘瓶颈宙中的可见物质只有质子、氦与中子数目比为7:1宇宙密度越高，粒子与氘的反应目前对理论与观测的氘与氢的丰观测结果原初核合成的元素丰度(红移z~103)，自由电子与原子核结合形成原子(复合recombination)使得光子可以自由地运动(仅有特定波长的光子被吸收)，称为辐射与物质(重子)退耦，宇宙变得透到的微波背景辐射就后时期的(7)星系时代星系与大尺度结构形成，宇宙在宏观上开始表现不均匀性。类星体和第一代恒星开始出现。stStarlightAblow-upoftheboxedareaintheHubbleimageheclusterofgalaxiesnamedAbelldarethefainttwinimagesofthestarcloud(8)恒星时代行星和生命开始出现。宇宙演化史视界问题区域处于各自的视界光子在目前宇宙视界上相对两点间的运行时间超过宇宙年龄接近于1，说明宇宙是平直1∞∞纪80年代初提出了宇期存在暴胀的观的温度下，强相互作、弱相互作用力和电当t=10-35s,T降至~1028K，强相互作用力与其分离，出现相变和对破缺。这时，宇宙真尺度增大胀恢对视界和平直问题的解释宇宙起源于一个极小的区域(比经典大爆炸模型小)，在度弯曲的，经过暴胀会在脱耦前，辐射和正常(重子)物质是冻结在一起的。密度涨落，这种由微波背景辐射允许的密度不均匀根本不足以在已有MinutevariationsinthecosmicmicrowavebackgroundTheCBIconsistsof13radioslocatedonaplateauat,080meters