【天文學(xué)導(dǎo)論課件@北師大】new

1、觀測(cè)宇宙學(xué)的一些新進(jìn)展,北京師范大學(xué)天文系何香濤 陳陽(yáng),大爆炸宇宙的提出和標(biāo)準(zhǔn)化,1927年，勒梅特，“原始光子”1948年，伽莫夫(Gamov)、阿爾芬(Alpher)、 貝色(Bethe)，?-?-?理論1957年，B2FH（G.Burbidge,F.Burbidge, Fowler and Hoyle) 1965年，宇宙微波背景發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程：愛因斯坦，弗里德曼，羅伯遜，

2、 沃克，勒梅特，伽莫夫,熱大爆炸宇宙模型 －標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型,宇宙中的物質(zhì)分布是均勻和各項(xiàng)同性的目前的宇宙處于膨脹狀態(tài)宇宙起源于一次熱大爆炸宇宙時(shí)空用R－W度規(guī)來(lái)描述,從熱大爆炸?宇宙誕生,光子?粒子對(duì)TKB＝2mc2T?2mc2/KB,3分鐘造就一個(gè)宇宙,最初三分鐘,T＝1013 核子：質(zhì)子，反質(zhì)子，中子，反中子

3、 t＝1.5?10-6秒T＝1012 強(qiáng)子： ?介子 t＝1.2?10-4秒T＝1011 光子和粒子熱動(dòng)平衡 t＝0.01秒T＝1010 中微子逃逸 t＝1.1秒T＝109 正負(fù)電子湮滅，電子、質(zhì)子、氘和氦 t＝3分45秒,宇

4、宙的極早期,<10-6秒，物質(zhì)和輻射不可分， 引力可能量子化 一片夸克海洋,人的認(rèn)識(shí)極限－量子化,⊿E⊿t ≈ ? ?=h/2?，h=6.625?10-27erg · s產(chǎn)生粒子對(duì) ⊿E＝2mc2 的時(shí)間 ⊿t ＝tc＝?/2mc2 ---康普頓時(shí)間光穿過(guò)一個(gè)m基本粒子的時(shí)間

5、 ts＝2Gm/c3 ---史瓦西時(shí)間,極限物理量,令tc＝ts，? 普朗克質(zhì)量 普朗克時(shí)間 普朗克長(zhǎng)度 普朗克溫度 T=1032K,支持熱大爆炸的主要觀測(cè)事實(shí),目前的宇宙在膨脹著存在著各向同性的黑體譜宇宙背景輻射氦和氘的宇宙豐度（約占1/4）必須借助早期的宇宙核合成宇宙的年齡不超過(guò)200億年,,觀測(cè)能力極大提高－多波段天文學(xué),γ-ray X－ra

6、y 光學(xué) 紅外 射電,X－ray 巡天,Uhuru（自由號(hào)） 1970HERO－1 高能天文臺(tái) 1977HERO－2 愛因斯坦天文臺(tái) 1978HERO－3 1979白鳥 (Hakucho) 1979天馬 (Tenma － Astro-B)

7、 1983EXOSAT 1983銀河 (Ginga － Astro-C) 1987,ROSAT 1990 ASCA (Astro-D) 1993－2001BeppoSAX 1996－2002RXTE

8、 1995－ (ROSS X-ray Timing Explorer)Chandra (AXAF) 1999 (NASA)XMM-Newton 1999,The Uhuru Satellite,The HEAO-1 Satellite,The HEAO-3 Satellite,The Einstein Observator

9、y (HEAO-2),The Hakucho Satellite,The Tenma [Astro B] Satellite,The EXOSAT Observatory,The Ginga Satellite,ASCA: The Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics,BeppoSAX,The Rossi X-ray Timing Explorer,ROSAT : The

10、 Roentgen Satellite,Chandra X-ray Observatory,Mission Chandra,Lifetime : 23 July 1999 - (nominal 5 year mission) Energy Range : 0.1-10 keV Special Features : 64 Hours highly-eccentric Earth orbit.Spatial resolution

11、< 1 arcsec Science Hightlight: X-ray imaging the sources associated with Gamma-ray bursts and determining their positions with an unprecedented precision. Monitoring the X-ray afterglow of Gamma-ray bursts,The X-r

12、ay Multi-Mirror Mission (XMM-Newton),Mission XMM-Newton Lifetime : December 1999 - (nominal 10 year mission) Energy Range : 0.1-15 keV Special Features : Very large collecting area. Simulataneous X-ray &

13、Optical observations.,The following figure compares the XMM-Newton mirror areas with those of other recent X-ray observatories (note that the detector efficiency has not been included). The figure clearly shows the great

14、er area and extended energy range of XMM-Newton compared to ROSAT, ASCA, and even Chandra.,光 學(xué) 巡 天,2dF,Deep Extragalactic Evolutionary Probe ( DEEP ),The Deep Extragalactic Evolutionary Probe (DEEP) is a multi-year progr

15、am which uses the twin 10-m Keck Telescopes and the Hubble Space Telescope to conduct a large scale survey of distant, faint, field galaxies.,紅 外 巡 天,IRAS 12, 25, 60, 100μm 1983ISO 2.5-240μm

16、 1995-19982MASSSIRTF 2.5-200 μm 2003WIRE 12, 25μm 1998,The Two Micron All Sky Survey (2MASS) projectTwo Matching 1.3m Telescopes, Optimized for Efficient Sky Coverage Si

17、tes are Mt. Hopkins and CTIO Cameras include 3 infrared arrays, 256 × 256 -- one for each the three bands ( J (1.25 µm), H (1.65 µm), and Ks (2.17 µm) Camera Pixel Size is 2.0" x 2.0" Til

18、ting secondary motion during declination scanning freezes frames. 1.3 second exposure time per frame x 6 frames per source = 7.8s integration time. Sub-stepping in both the in-scan and cross-scan direction minimizes ef

19、fects of undersampling due to large pixels. Mapping Rate of 70 sq. deg./band/night,射 電 巡 天 (38MHz-4.85GHz),NVSS(NRAO VLA Sky Survey) NVSS是利用VLA系統(tǒng)在1.4GHz對(duì)赤緯??-40? (J2000.0)的天區(qū)進(jìn)行射電巡天，角分辨率約為45“，5?的靈敏度約2.4mJy。它在1

20、997年底結(jié)束，巡天范圍達(dá)天球表面積的82%。 它的主要結(jié)果有(1)2326幅4?×4? 射電天圖，每幅圖中有約一千個(gè)射電源，并包含Stokes的I、Q、U三個(gè)分量的偏振信息；(2)約1,800,000個(gè)分離射電源星表，流量密度S?2.5mJy，表中有各源的射電坐標(biāo)、1.4GHz的射電流量、偏振流量、偏振位置角及其測(cè)量誤差等。,The FIRST Survey Faint Images of t

21、he Radio Sky at 20cm -- is a project designed to produce the radio equivalent of the Palomar Observatory Sky Survey over 10,000 square degrees of the North and South Galactic Caps. Using the NRAO Very Large Array (VLA) a

22、nd an automated mapping pipeline, we produce images with 1.8" pixels, a typical rms of 0.15 mJy, and a resolution of 5". At the 1 mJy source detection threshold, there are ~90 sources per square degree, ~35% of

23、 which have resolved structure on scales from 2-30".,全波段, 大樣本, 巨信息,突出創(chuàng)新思想 增強(qiáng)課題意識(shí),LAMOST的光譜能力與觀測(cè)模式,Ø     107星系 —宇宙大尺度結(jié)構(gòu)與星系物理Ø     107恒星 —恒星

24、物理與銀河系結(jié)構(gòu)Ø     106類星體… —多波段天體物理,觀測(cè)宇宙學(xué)的熱點(diǎn),哈勃常數(shù)和宇宙的年齡宇宙中的暗物質(zhì)宇宙中的元素豐度宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)宇宙的背景輻射活動(dòng)星系核,宇宙的背景輻射,哈勃常數(shù)和宇宙的年齡,測(cè)定哈勃常數(shù)方法星系和星系團(tuán)超新星宇宙背景輻射,最新的宇宙學(xué)常數(shù),哈勃常數(shù)h＝0.71 ± 0.03宇宙年齡 t0＝13.7 ±

25、0.2 Gyr宇宙背景溫度 TCMB＝2.725± 0.002 K宇宙總物質(zhì)密度 ?tot=1.02 ± 0.02暗能量密度 ??=0.73 ± 0.04重子物質(zhì)密度 ?b=0.044 ± 0.004物質(zhì)密度 ?m=0.27 ± 0.04,宇宙中的元素豐度和物質(zhì),可視物質(zhì)和不可視物質(zhì)（暗物質(zhì)）,宇宙中可視物質(zhì)部分遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不可視物質(zhì)部分。從星系和星系團(tuán)的物質(zhì)含量分析，可視部分估

26、計(jì)占10—30%。一些星系團(tuán)的動(dòng)力學(xué)分析表明，可視物質(zhì)成分可能只占1%左右。 暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)： 在觀測(cè)銀河系的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在銀河系中觀測(cè)到的天體的質(zhì)量與根據(jù)動(dòng)力學(xué)計(jì)算出來(lái)的質(zhì)量不符。觀測(cè)到的天體數(shù)量顯著不足。這些沒(méi)有觀測(cè)到的物質(zhì)便稱之為暗物質(zhì)或不可視物質(zhì)，有時(shí)也稱為短缺質(zhì)量。,熱氣體的X射線輻射 對(duì)于橢圓星系，利用轉(zhuǎn)動(dòng)曲線方法確定質(zhì)量不再十分有效。更直接的方法是觀測(cè)其熱氣體的X射線輻射。由X射線

27、輻射溫度估計(jì)出的暗物質(zhì)的數(shù)量和旋渦星系差不多。 對(duì)于星系團(tuán)，ROSAT的X射線觀測(cè)表明，星系團(tuán)中充滿了熱氣體。其暗物質(zhì)成分至少在可視物質(zhì)的10倍以上。一些星系團(tuán),如室女團(tuán)、后發(fā)團(tuán)，其M/L≥100。個(gè)別星系團(tuán)的質(zhì)光比能夠達(dá)到1000。動(dòng)力學(xué)質(zhì)量 對(duì)于星系對(duì)和星系團(tuán)，用動(dòng)力學(xué)方法（位力定理）確定的位力質(zhì)量遠(yuǎn)超過(guò)可視質(zhì)量引力透鏡效應(yīng),宇宙中的暗物質(zhì)比可見物質(zhì)質(zhì)量要高十倍，幾十倍甚至上百倍。因此，暗物質(zhì)

28、的存在增強(qiáng)了宇宙大尺度分布的均勻性，而且可能是宇宙運(yùn)動(dòng)和演化的主宰。,類星體的觀測(cè)與研究,類星體的多波段觀測(cè),光學(xué)波段射電波段X射線波段紅外波段完備的多波段樣本,Slitless Spectroscopic Technique,By Hoag, Smith, Osmer… in 1970’sFrom the slitless spectrum one can see Ly? ?1216 Å

29、 CIV ?1549 Å CIII ?1909 Å MGII ?2798 ÅImprovement: (1)To decrease the select effect (2)To increase the successful rate,,,宇宙探針,宇宙中最早形成的天體？引力透鏡Ly?線叢D豐度測(cè)定,問(wèn)題與挑戰(zhàn),1.大尺度結(jié)構(gòu)是完全均勻的嗎,2

30、. 氘的豐度是否出了問(wèn)題,D豐度測(cè)定 D/H=2?10-5 觀測(cè)值 3 ?10-4,3. 先有雞還是先有蛋,星系是怎樣形成的,這張照片是由哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的。星系團(tuán)中的藍(lán)色表明它們還相當(dāng)年輕，它們的年齡從兩百萬(wàn)年到十億年。這個(gè)星系群和與它最近的星系相距15萬(wàn)光年。它位于飛馬座，離我們2.7億光年，也是最早發(fā)現(xiàn)的密集星系群。下面的動(dòng)畫顯示了該星系群的形成過(guò)程。,4.最遙遠(yuǎn)的天體是什么,類星體 Z=6.42

31、星系 Z=6.56其它 Z= ?,5.類星體的紅移的本質(zhì)及其爭(zhēng)論,紅移的本質(zhì) 宇宙論性 非宇宙論性 （二者兼之）,宇宙論性紅移,類星體和一些活動(dòng)星系核沒(méi)有明顯的本質(zhì)區(qū)別類星體光譜中的H，C，Ca，Mg，Na等的譜線都出現(xiàn)在一般星系中在幾個(gè)和星系靠近的類星體中，觀測(cè)到了紅移值和星系距離一致的吸收線Ly?森林線是由宇宙中的氫云造成的類星體對(duì)中觀測(cè)到了屬于對(duì)方的吸收線觀測(cè)到了

32、類星體周圍的氣體云，且距離相同，表明類星體是活動(dòng)星系核引力透鏡現(xiàn)象沒(méi)有肯定的證據(jù)證明紅移是非宇宙論性的,非宇宙論性紅移,亮星系周圍類星體的數(shù)密度明顯高于場(chǎng)類星體類星體靠近星系，而彼此紅移相差很大亮星系本身存在著高紅移的“特區(qū)”類星體和星系存在著統(tǒng)計(jì)上的相關(guān)性類星體往往存在著特殊的排列和成團(tuán)性觀測(cè)上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)黑洞模型的充分證據(jù)“能量予莫”矛盾依然存在沒(méi)有肯定證據(jù)否定紅移是非宇宙論性的,6.?和暗能量,7.是否存在反物質(zhì),8

33、.宇宙的年齡究竟有多久,假如: ?0+??=1 H0=0.6 — 0.8 則宇宙年齡=12 — 17 ? 109年,9.存在著其它的宇宙嗎？,四人幫的叫板ArpHoyleBurbidgeNalikar,天文學(xué)家不會(huì)是一群螞蟻吧,,,謝謝,這張照片是由哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的。星系團(tuán)中的藍(lán)色表明它們還相當(dāng)年輕，它們的年齡從兩百萬(wàn)年到十億年。這個(gè)星系群和與它最近的星系相距15萬(wàn)光年。它位于飛馬