宇宙的大尺度结构.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,宇宙的大尺度结构,邹振隆,国家天文台,2006年11月1,日,2/1/2026,1,宇宙有多大？宇宙中有什么？人类如何认识宇宙？,Hubble,深空图,2/1/2026,2,天体的距离单位,1,天文单位,(AU),=,太阳到地球的平均距离,1.5,10,8,公里,（,1.5,亿公里）,1,光年,(,ly,),0.95,10,13,公里,光在,1,年里走过的路程,1,秒差距,(pc),3,10,13,公里,1,秒差距,3.26,光年,20,万天文单位,1,千秒差距,=10,3,秒差距,(,星系尺度,)1,兆秒差距,=10,6,秒差距,(,宇宙尺度,),2/1/2026,3,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=206,265,a.u,./,（适用于银河系内）,2/1/2026,4,2),光度方法：,设天体光度为,L,，,亮度为,B,，,则有,BLD,2,B,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,。,2/1/2026,5,用造父变星做标准烛光（适合近星系）,2/1/2026,6,用,Ia,型超新星作标准烛光（较远的星系）,2/1/2026,7,3),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,2/1/2026,8,哈勃定律,2/1/2026,9,距离阶梯,2/1/2026,10,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,2/1/2026,11,银河系,2/1/2026,12,本星系群,（,Local Group,）,银河系所属的,数十个星系的集合，尺度约数百万光年,2/1/2026,13,星系团,(Cluster of Galaxies),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,2/1/2026,14,超星系团,:,若干星系团的集合体,2/1/2026,15,星系红移巡天,1980,年代,:CfA1,CfA2,，,（,10,3,星系）,1990,年代：,LCRS,，,（,10,4,星系）,2000,年代：,2dF,，,SDSS,，,（,10,5,星系）,星系红移巡天发现了许多有趣的结构,.,例如巨洞、纤维,.,2/1/2026,16,星系分布的大尺度结构,2/1/2026,17,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,2/1/2026,18,宇宙天体的空间尺度,地球,10,7,米,太阳,10,9,米,太阳系（恒星）,10,13,米,星系（银河系）,10,21,米,(,十万光年,),星系团,10,23,米,(,百万光年,),超星系团,10,25,米,(,亿光年,),大尺度结构 大于,3,亿光年,观测宇宙,10,26,米,(,百亿光年,),2/1/2026,19,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：,HST deep field,，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）,2/1/2026,20,2D,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,200,Mpc,的结构,2/1/2026,21,2/1/2026,22,2dF,红移巡天星系分布,2/1/2026,23,一百万星系（亮于,18.5,等）,十万类星体,同时测量,640,个天体，光谱分辨率,R,2000,斯隆红移巡天,(SDSS),2/1/2026,24,SDSS 2003,年,200,000,星系,2/1/2026,25,APO,SDSS,2000s,2/1/2026,26,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,10,60Mpc,纤维,(filaments),：,海绵状的星系分布，长度约,70,150Mpc,，,形成巨洞的边界,超星系团,(,superclusters,),：,由星系组成的特定纤维区域,2/1/2026,27,星系结团的数学描述,距离为,r,的两个体积元,dV,1,和,dV,2,中发现一对星系的联合概率,dP,n,2,(1+,(r),dV,1,dV,2,(r),称为两点相关函数,许多红移巡天的结果给出,2/1/2026,28,功率谱,(r),的傅里叶变换称为功率谱,2/1/2026,29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,k,R,-1,8,常用来表示尺度,R,=8,h,-1,Mpc,内的密度起伏,.,2/1/2026,30,星系相关函数中的重子声学振荡,2/1/2026,31,精确测定宇宙的整体参数,H,0,哈勃常数,50-100 km/,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,2/1/2026,32,WMAP,（,2001,2003,）的贡献,2/1/2026,33,WMAP,测绘的,CBR,天图,2/1/2026,34,WMAP,得到的,CBR,功率谱,2/1/2026,35,WMAP,的贡献,|n-1|/n ,尺度无关谱,W,b,/|,W,m,-,W,b,|,暗物质主导,W,tot,=1.02+-0.04.,-,平坦宇宙,4)|,h,opt,h,cbr,|1=5%+-10%;,确认,5)|,s,8,cbr,-,s,8clstr,|/,s,8,1=0.29+-0.45;,确认,6),t,scat,=0.17+-0.04;,意外结果,Spergel,et al:2003,2/1/2026,36,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,Tegmark,et.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 (WMAP,t,=1.020.04),设,t,=1,，物态方程参数约束到,w=-0.940.09,2/1/2026,37,SDSS 2006,年样本星系分布,2/1/2026,38,功率谱,2/1/2026,39,对宇宙学参数的进一步约束,2/1/2026,40,2/1/2026,41,2/1/2026,42,2/1/2026,43,2/1/2026,44,2/1/2026,45,2/1/2026,46,谐和宇宙模型（,Tegmark,et.al,.),tot=1(assumption),cdm,=0.260 0.037,baryon=0.0486 0.00019,lambda=0.691 0.036,n=0.966 0.023,H0=68.3 km/,s/Mpc,8,=0.894 0.057,tscat,=0.103 0.054,2/1/2026,47,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！,2/1/2026,48,LAMOST,巡天,2/1/2026,49,2/1/2026,50,“路漫漫其修远兮，,吾将上下而求索！”,2/1/2026,51,谢谢！,2/1/2026,52,