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现今的宇宙学研究正处于重大变革时期。自从Einstein提出相对论,Hubble发现宇宙的膨胀,热大爆炸宇宙学才得以建立。由于人类观测技术不断提高,从此以后,人类对于宇宙的认识进入了更高的水平。特别是后来WMAP等项目的成功,人类已经进入精确宇宙学时代。到目前为止,很多宇宙学参数,比如哈勃常数,宇宙的曲率,宇宙年龄,宇宙平均密度等等,已被比较精确的确定下来。与此同时,由于新的观测发现,以及存留于理论中的问题,许多宇宙学模型被提出。至今,已经有很多学者对各种模型进行了广泛研究,以验证模型并对关于诸如宇宙成分的宇宙学参数有更精确的确定。
本论文主要是选取振荡宇宙学模型,研究其热力学性质并结合各种观测数据(高红移Hubble参数,Ia型超新星(SNe Ia),重子声波振荡峰值(BAO),宇宙微波背景辐射(CMB))限制其宇宙学参数。同时讨论弱引力透镜功率谱(WL)等数据,以及相应的分析方法和技术(Tomography方法,x2拟合,Fisher矩阵线性分析,Markov Chain Monte Carlo(MCMC)),来限制宇宙学参数。本文的主要结果:
1.振荡宇宙暗能量的状态方程是:ω(a)=-cos(blnα)。我们证明,该模型没有粒子视界和事件视界,解决了一致性问题的困扰。无论物质项怎样演化,暗能量总能追踪上,保持与之一致,不需要精细调整,并且暗能量刚好可以反映整个宇宙的热力学状态。我们也发现表观视界是个非常好的全息屏,可以作为保持热力学性质的边界。作为一个热力学整体,当前相变下,振荡宇宙的演化情况非常好。在表观视界以内,宇宙处于热力学平衡状态,也就是说热力学第一定律和第二定律都满足,并且物质项不影响此平衡状态。
2.选取H(z),SNe Ia,BAO,CMB四种观测数据,用它们来限制振荡宇宙的宇宙学参数。通过积分概率分布P∝e-x2/2,将似然函数的h边缘化。应用MCMC技术得到最佳拟合结果,并且得到b-Ωm0图的置信区域。将限制结果相比较,发现在宇宙学研究上,H(z)数据和SNe Ia数据起到的作用差不多。通过给出独立限制和联合限制的结果,进一步发现,BAO数据和CMB数据在消除简并上,比起单独使用H(z)数据和SNe Ia数据要重要的多。与BAO数据或CMB数据联合后,限制结果被显著改善。SNe Ia数据组在限制Ωm0上,比H(z)数据组要紧制得多,但是H(z)数据组限制b要比SNe Ia数据组紧制得多。所有这些结果都表明,振荡宇宙模型很接近ACDM模型。未来期望观测到更多H(z)数据。
3.使用分析方法来近似探测大尺度结构下,弱引力透镜功率谱中,BAO成分的存在迹象。结果发现,在线性和非线性的弱引力功率谱中,40≤ι≤600区域内,BAO的wiggles子都存在,但是它们比暗物质功率谱中的情况要弱的多。尽管LSST的统计误差比起CFHT和SNAP巡天要小很多,特别是在大约30<ι<300内,它们仍然相比BAO中wiggles子的最大变化量要大。因此,接下来的LASST,CFHT和SNAP巡天,在对BAO探测上面临更大挑战。
4.使用弱引力透镜数据限制暗能量状态方程中的ω和各种中微子总质量之和∑mv。如果仅仅使用弱引力透镜数据,对于ω的限制很弱。联合其它观测数据,例如SNe Ia,BAO,H(z)用以消除简并,结果会明显有所改善。对于纯粹没有各种中微子的ωCDM模型,可以得到ω=-1.00+0.10-0.12。对于包含各种中微子的ωCDM模型,ω几乎是不变的,并且ω和∑mv的简并非常小。如果把其它参数边缘化,通过联合数据组限制,可以得到∑mv的概率分布函数,有在95.5%置信水平上∑mv≤0.8 eV的上限。本文对于ω和∑mv的限制,基本与WMAP五年数据的限制结果相似。
对于几种观测数据和分析方法的联合使用,本文只给出了初步结果,期望将来有进一步的研究得出更好的结果。