《宇宙的大尺度结构》PPT课件.ppt

2020/5/19,1,宇宙的大尺度结构,邹振隆国家天文台2006年11月1日,2020/5/19,2,宇宙有多大？宇宙中有什么？人类如何认识宇宙？,Hubble深空图,2020/5/19,3,天体的距离单位,1天文单位(AU)=太阳到地球的平均距离1.5108公里（1.5亿公里）1光年(ly)0.951013公里光在1年里走过的路程1秒差距(pc)31013公里1秒差距3.26光年20万天文单位1千秒差距=103秒差距(星系尺度)1兆秒差距=106秒差距(宇宙尺度),2020/5/19,4,天体距离的测定方法,1)几何方法：在地球公转不同位置处观测同一天体在天球上的坐标,经过计算得出视差，也就得到距离D。D=206,265a.u./（适用于银河系内）,2020/5/19,5,2)光度方法：设天体光度为L，亮度为B，则有BLD2B是可观测量，如果能设法求到光度L，则可由上式求得距离D，称为光度距离。,2020/5/19,6,用造父变星做标准烛光（适合近星系）,2020/5/19,7,用Ia型超新星作标准烛光（较远的星系）,2020/5/19,8,3)星系红移和哈勃定律,1929年，Hubble发现星系光谱线的红移同距离成正比，若解释为多普勒效应，意味着星系退行的速度正比于星系的距离,2020/5/19,9,哈勃定律,2020/5/19,10,距离阶梯,2020/5/19,11,宇宙中的等级式结构,宇宙中存在明显的等级式结构:恒星星系星系团超星系团,2020/5/19,12,银河系,2020/5/19,13,本星系群（LocalGroup）,银河系所属的数十个星系的集合，尺度约数百万光年,2020/5/19,14,星系团(ClusterofGalaxies),数十至数千个星系的集合，星系团的尺度约数千万光年：,室女座星系团,2020/5/19,15,超星系团:若干星系团的集合体,2020/5/19,16,星系红移巡天,1980年代:CfA1,CfA2，（103星系）1990年代：LCRS，（104星系）2000年代：2dF，SDSS，（105星系）星系红移巡天发现了许多有趣的结构.例如巨洞、纤维.,2020/5/19,17,星系分布的大尺度结构,2020/5/19,18,观测宇宙,目前发现的最远天体：137亿光年,半径137亿光年,室女座超星系团,2020/5/19,19,宇宙天体的空间尺度,地球107米太阳109米太阳系（恒星）1013米星系（银河系）1021米(十万光年)星系团1023米(百万光年)超星系团1025米(亿光年)大尺度结构大于3亿光年观测宇宙1026米(百亿光年),2020/5/19,20,星系巡天与宇宙大尺度结构,巡天一般都到一定的红移或星等，即有一定的观测极限,巡天的分类：1D（一维）巡天：对某一特定小天区进行深度露光如：HSTdeepfield，类星体莱曼阿尔法吸收线丛2D（二维）巡天：覆盖天空大面积的照相观测如帕洛马巡天，APM巡天(不含视线方向距离信息）3D（三维）巡天：覆盖天空中一块区域的分光观测如2dF,SDSS（含星系在天球上的位置及视向距离信息）,2020/5/19,21,2D巡天(APM)星系分布,约200万个星系在30度天空范围和20亿光年距离范围内的分布,没有发现尺度超过200Mpc的结构,2020/5/19,22,2020/5/19,23,2dF红移巡天星系分布,2020/5/19,24,一百万星系（亮于18.5等）十万类星体同时测量640个天体，光谱分辨率R2000,斯隆红移巡天(SDSS),2020/5/19,25,SDSS2003年200,000星系,2020/5/19,26,APO,SDSS,2000s,2020/5/19,27,星系红移巡天发现的结构,巨洞(voids)：不含或很少星系的区域，尺度约1060Mpc纤维(filaments)：海绵状的星系分布，长度约70150Mpc，形成巨洞的边界超星系团(superclusters)：由星系组成的特定纤维区域,2020/5/19,28,星系结团的数学描述,距离为r的两个体积元dV1和dV2中发现一对星系的联合概率dPn2(1+(r)dV1dV2(r)称为两点相关函数许多红移巡天的结果给出,2020/5/19,29,功率谱,(r)的傅里叶变换称为功率谱,2020/5/19,30,星系分布的“结团性”,是描述星系分布结团性的无量纲量，确定一个体积内的密度起伏，定义为式中kR-18常用来表示尺度R=8h-1Mpc内的密度起伏.,2020/5/19,31,星系相关函数中的重子声学振荡,2020/5/19,32,精确测定宇宙的整体参数,H0哈勃常数50-100km/s/Mpc？0总密度0.2-？宇宙学常数0-？m物质密度0.2-？b重子密度0.04？到百分之几的精度,2020/5/19,33,WMAP（20012003）的贡献,2020/5/19,34,WMAP测绘的CBR天图,2020/5/19,35,WMAP得到的CBR功率谱,2020/5/19,36,WMAP的贡献,|n-1|/n尺度无关谱Wb/|Wm-Wb|暗物质主导Wtot=1.02+-0.04.-平坦宇宙4)|hopthcbr|1=5%+-10%;确认5)|s8cbr-s8clstr|/s81=0.29+-0.45;确认6)tscat=0.17+-0.04;意外结果,Spergeletal:2003,2020/5/19,37,多参数估计存在简并性,需要相互独立的观测予以解除，红移巡天提供的星系大尺度分布数据可以将CMB功率谱拟合得到的宇宙学参数进一步精确化例如Tegmarket.al.(2006)用SDSS数据给出：物质密度m=0.240.02(1)中微子质量m=0.9eV(95%)t=1.0030.010(WMAPt=1.020.04)设t=1，物态方程参数约束到w=-0.940.09,2020/5/19,38,SDSS2006年样本星系分布,2020/5/19,39,功率谱,2020/5/19,40,对宇宙学参数的进一步约束,2020/5/19,41,2020/5/19,42,2020/5/19,43,2020/5/19,44,2020/5/19,45,2020/5/19,46,2020/5/19,47,谐和宇宙模型（Tegmarket.al.),tot=1(assumption)cdm=0.2600.037baryon=0.04860.00019lambda=0.6910.036n=0.9660.023H0=68.3km/s/Mpc8=0.8940.057tscat=0.1030.054,2020/5/19,48,小结,整个说来，谐和CDM模型非常成功.CBR提供了最精确的检验;但其他方法，例如星系大尺度分布，对于消除参数简并也非常重要.有些参数仍然存在较大不确定性.我们尚不清楚暗物质和暗能量的性质！,2020/5/19,49,LAMOST巡天,2020/5/19,50,2020/5/19,51,“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！”,2020/5/19,52,谢谢！,