【摘要】：自宇宙加速膨脹被發(fā)現(xiàn)以來,宇宙學(xué)再次成為一個(gè)需要進(jìn)行深入研究的領(lǐng)域。宇宙暫現(xiàn)源,特別是超新星、伽瑪射線暴(GRBs)、快速射電暴(FRBs)等極端天體爆發(fā)現(xiàn)象在宇宙學(xué)中具有十分重要的應(yīng)用前景。一個(gè)重要的原因是它們的光度很大,使得它們的可探測紅移很高,因此可以成為我們研究高紅移宇宙的探針。同時(shí),這些天體爆發(fā)現(xiàn)象基本上都與恒星的演化有關(guān),而恒星演化過程是宇宙中物質(zhì)演化的一個(gè)重要機(jī)制,因此這些暫現(xiàn)源對我們研究宇宙的物質(zhì)演化也有著重要的作用。除此之外,其他天文觀測,如哈勃參數(shù)(H(z)),重子聲波震蕩(BAO),以及強(qiáng)引力透鏡(SGL)效應(yīng)等觀測都可以為我們提供宇宙演化的信息。在本文第一章中,我們將簡要介紹宇宙學(xué)基礎(chǔ)和各種天文觀測在宇宙學(xué)中的應(yīng)用。第二章中我們首先分析了不同紅移處的宇宙平均恒星形成率和恒星質(zhì)量密度的測量數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)兩者之間存在著較為顯著的矛盾,并進(jìn)而分析了造成這種矛盾的可能原因。在第二節(jié)中我們分析了 Swift衛(wèi)星觀測的具有紅移測量的長周期GRBs的光度函數(shù)和爆發(fā)率隨紅移的分布,發(fā)現(xiàn)其光度函數(shù)隨紅移存在演化,而其爆發(fā)率在z1時(shí)與宇宙平均恒星形成率相符,而在z1時(shí)卻顯著地高于宇宙平均恒星形成率。第三章中我們提出了應(yīng)用FRBs對宇宙學(xué)固有距離和紅移的關(guān)系進(jìn)行限制的新方法,這也是FRBs在宇宙學(xué)中的新應(yīng)用。通過Monte-Carlo模擬,我們發(fā)現(xiàn)如果未來有500個(gè)具有紅移測量的FRBs樣本,就可以將宇宙的固有距離與紅移的關(guān)系的精度限制在可以接受的水平,并進(jìn)而對宇宙學(xué)曲率進(jìn)行宇宙學(xué)模型無關(guān)的獨(dú)立限制。第四章中我們基于引力勢所造成的Shapiro時(shí)間延遲提出了兩種應(yīng)用暫現(xiàn)源檢驗(yàn)廣義相對論的基礎(chǔ)之一——弱等效原理的新方法,它們克服了前人工作中其他因素對Shapiro時(shí)間延遲測量的干擾,可以得到更加可靠的結(jié)果。首先我們介紹利用全天GRBs的時(shí)間延遲樣本對弱等效原理進(jìn)行限制的方法,其精度可以達(dá)到10-14量級。隨后我們介紹應(yīng)用被強(qiáng)引力透鏡化的暫現(xiàn)源對弱等效原理進(jìn)行限制的方法,如果未來我們觀測到強(qiáng)引力透鏡化的GRBs,該方法的限制精度能達(dá)到10-7的量級。第五章中我們介紹其他天文觀測在宇宙學(xué)中的應(yīng)用的工作。第一節(jié)中我們提出了一個(gè)純幾何效應(yīng)的限制宇宙學(xué)曲率的方法,它較之前的類似方法可以得到對宇宙學(xué)曲率更強(qiáng)更可靠的限制。將該方法應(yīng)用于當(dāng)前的觀測數(shù)據(jù),我們得到對宇宙學(xué)曲率參數(shù)的限制為-0.09±0.19,這與平坦的宇宙相符。第二節(jié)中我們進(jìn)一步拓展了我們的工作,利用H(z)和BAO的觀測數(shù)據(jù)對Hubble常數(shù),平坦的ACDM宇宙學(xué)模型,宇宙由減速膨脹到加速膨脹的轉(zhuǎn)變紅移,以及宇宙學(xué)曲率進(jìn)行了限制。在最后一章,我將對有關(guān)工作在未來研究中的進(jìn)一步拓展進(jìn)行展望。
【圖文】：

第一章緒論逡逑宙，一個(gè)與神秘聯(lián)系起來的名詞，一直是人類求知欲的源泉，吸代的人去探索它的奧秘。自有記載以來，，人類一直孜孜不倦地追問著那些永恒的話題：我們從何處來？我們在何處？我們往何５００多年的一個(gè)夏夜，被譽(yù)為“科學(xué)和哲學(xué)之祖”的泰勒斯揚(yáng)起目光投向那深邃的宇宙，于是人類的科學(xué)與哲學(xué)開始了。正如慈在《朝聞道》中所寫，如果說第一個(gè)凝視宇宙幾分鐘的人看到其后所謂的整個(gè)人類文明，不過是彎腰去拾它罷了。人類的宇宙?zhèn)�漫長的過程，起初是各個(gè)民族的創(chuàng)世神話，隨后經(jīng)歷了地心說，普利－柯蒂斯之爭，哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹，大爆炸宇宙學(xué)，直到現(xiàn)宙在加速膨脹。人類對宇宙的認(rèn)識一直在變化，而每一次變化都人類科學(xué)，哲學(xué)甚至宗教的發(fā)展。由此可見，人類對宇宙的認(rèn)識義之重大。逡逑

影響著人類科學(xué)，哲學(xué)甚至宗教的發(fā)展。由此可見，人類對宇宙的認(rèn)識歷史之逡逑長，意義之重大。逡逑圖１－１：邋Ｅｉｎｓｔｅｉｎ邋（左）與Ｅｄｗｉｎ邋Ｈｕｂｂｌｅ邋（中）和Ｗａｌｔｅｒ邋Ａｄａｍｓ邋（右》在威爾遜山天文臺。逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P159


本文編號：2679169