2026年暗能量观测试题及答案

2026年暗能量观测试题及答案

一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在ΛCDM模型中，当前宇宙能量密度占比最大的组分是A.重子物质B.冷暗物质C.暗能量D.辐射2.暗能量状态方程参数w的当前观测最佳拟合值（Planck2025）为A.−1.000±0.003B.−0.85±0.05C.−1.25±0.08D.−0.55±0.103.若w=−1/3，则宇宙膨胀的加速度A.为零B.为正C.为负D.与哈勃常数无关4.重子声学振荡（BAO）标准尺的物理大小约为A.50MpcB.100MpcC.150MpcD.200Mpc5.弱透镜剪切场κ的主要统计量E-mode功率谱对暗能量的敏感度主要来自A.几何因子B.增长因子C.初始功率谱幅度D.星系偏置6.在DESI2025年公布的BAO测量中，z=2.35处的角直径距离DA的误差约为A.0.3%B.0.8%C.1.5%D.2.5%7.对于红移漂移（Sandagetest），30年基线可检测的期望信号量级为A.1cms⁻¹B.10cms⁻¹C.1ms⁻¹D.10ms⁻¹8.在quintessence模型中，若势函数V(φ)∝exp(−λφ)，则w(z)随红移A.单调递增B.单调递减C.先增后减D.保持−19.大尺度结构增长指数γ的ΛCDM预言值为A.0.50B.0.55C.0.60D.0.6510.对于Euclid深场巡天，Hα发射线星系数密度目标为A.1×10⁻³h³Mpc⁻³B.5×10⁻³h³Mpc⁻³C.1×10⁻²h³Mpc⁻³D.5×10⁻²h³Mpc⁻³二、填空题（每题2分，共20分）11.Planck2025给出的宇宙空间曲率上限为ΩK=______（95%CL）。12.在f(R)修正引力模型中，有效牛顿常数相对GR的偏离常用参数______描述。13.对于恒定w模型，宇宙年龄t0与H0的关系式为t0=______。14.弱透镜系统形状噪声典型值取______每星系。15.在BAO分析中，用于分离BAO峰与非线性压制的模板拟合方法称为______重建。16.对于Stage-IV光谱巡天，目标红移范围为______。17.暗能量figure-of-merit（FoM）定义为______的倒数面积。18.在超新星宇宙学中，标准化烛光参数β的2025最佳拟合值为______。19.对于动力学暗能量模型，常用PCA展开w(z)的前______个主成分已足够。20.未来SKA中性氢巡天在z=1处预期的HI偏置参数约为______。三、判断题（每题2分，共20分）21.在ΛCDM中，暗能量密度随尺度因子a⁻³演化。22.增长速率f(z)≈Ωm(z)^γ近似在GR与f(R)模型中均成立。23.对于相同Ωm，开放宇宙比平坦宇宙具有更大的角直径距离。24.弱透镜信号对光子质量为零的假设敏感。25.BAO标准尺在重子物质占比升高时会略微缩小。26.在CMB透镜势功率谱中，暗能量主要通过改变复合时期物理条件产生影响。27.红移漂移信号可直接区分w=−1与w=−0.9模型。28.超新星系统误差中的“mass-step”效应与宿主星系金属丰度无关。29.对于耦合暗能量模型，CMB声峰位置会受早期膨胀历史改变而移动。30.在DESIY5数据中，Ly-α森林BAO已覆盖z>4区域。四、简答题（每题5分，共20分）31.简述BAO作为标准尺测量暗能量的三点物理基础。32.概述弱透镜宇宙剪切测量中如何分离宇宙学信号与星系本征取向关联（IA）。33.说明红移漂移观测对动力学暗能量模型的独特优势。34.给出f(R)模型在强场与弱场下与ΛCDM可区分的两类观测探针。五、讨论题（每题5分，共20分）35.结合Euclid、LSST与SKA三期联合，讨论如何系统控制1%水平的超新星、BAO与弱透镜联合分析中的交叉协方差误差。36.若未来10年观测显示w(z)在2σ上偏离−1，请评估其对早期宇宙初始条件与核合成一致性的潜在影响。37.针对“哈勃常数危机”，探讨早期暗能量方案在CMB声峰幅度与BSM参数空间上的自洽限制。38.假设在z≈0.3处发现BAO峰位偏移超过5σ，试分析其对宇宙学参数[Ωm,w0,wa]的退化方向并提出打破退化的独立探针。答案与解析一、1.C2.A3.A4.C5.A6.B7.B8.A9.B10.B二、11.0.000712.μ13.2/(3H₀√(1−w))·sinh⁻¹√((1−w)/w)14.0.2615.密度场16.0.7<z<2.017.(σ_w₀·σ_wₐ)18.3.1019.520.0.90三、21.F22.T23.T24.F25.T26.F27.T28.F29.T30.T四、31.①重子-光子等离子体声速给出共动尺度r_d；②该尺度在CMB与低红移星系场中可测，提供绝对标尺；③比较角直径距离与哈勃参数随红移演化，直接约束暗能量几何。32.采用IA模型化：①“非线性修正线性alignment”模型；②利用颜色-亮度依赖分离样本；③交叉相关剪切与密度场，利用自洽关系扣除IA振幅；④利用多波段形状测量分离IA与剪切E/B模式。33.红移漂移直接测量H(z)变化率，无需标准烛光或标准尺；对w(z)变化敏感，可探测早期暗能量；长期基线避免系统校准漂移，与CMB、BAO互补。34.强场：中子星质量-半径关系、黑洞阴影尺寸；弱场：星系-尺度增长指数γ、引力透镜势到泊松方程偏离、星系团丰度函数。五、35.建立联合协方差矩阵：①统一巡天掩模与选择函数；②交叉相关剪切-星系密度-超新星残差；③采用多尺度mocks评估样本方差；④引入系统nuisance参数并边缘化；⑤利用独立探针（CMB透镜、红移漂移）作为外部先验压缩退化。36.若w(z)>−1早期能量密度更高，增加早期膨胀率→降低n/p比→预测Y_p高于观测；需同时调整N_eff或中微子化学势；若w(z)<−1则相反，需降低N_eff，但CMB声峰高度限制ΔN_eff<0.15，故需BSM如衰变暗光子或修正弱作用常数。37.早期暗能量fractionΩ_e<0.5%需满足CMB声峰幅度ΔC_l<0.3%；对应标量耦合β<0.05；与BSM参数：暗光子质量m<1meV、耦合α′<10⁻⁹；核合成限制ΔN_eff<0.2，要求能量注入红窗z>10⁴；自洽需联合CMB极化、BAO、Deuterium丰度。38.偏移Δθ∝ΔD_