对宇宙大尺度非各向同性的研究

Two pillars of modern cosmology are general relativity and the cosmological principle. The cosmological principle says that our universe is homogeneous and isotropic on the cosmic scale.The cosmological principle is consistent with almost all of current observations, but it has not yet been confirmed decisively and specific directions on large scale were found in some observations. If anisotropy of the universe on large scale is comfirmed, our knowledge of the universe will be changed and evolving theory of the universe must be corrected. In this project we''ll try to study the cosmic anisotropy by using observational data. At first we''ll using the model-independent method and supernovae data to obtain the maximum accelerating expansion direction of the universe and the corresponding errors. Next, to get the space distribution of the accelerating expansion, we will adopt the Markov chain Monte Carlo method which has been used to study dark energy. We will aslo simulate the isotropic data to compare with our previous results to test their reliability. Finally, we will study effects of the cosmological anisotropy on expansion and evolving of the universe, based on our previous studies.

现代宇宙学的基础是广义相对论和宇宙学原理。虽然宇宙学原理得到了几乎所有天文观测的支持，但事实上到目前为止宇宙学原理仍没有被最终证实，而一些天文观测和研究发现在宇宙大尺度上存在特殊的方向。若最终发现在宇宙大尺度上存在非各向同性，我们对宇宙的认识将被改写，宇宙的膨胀及其演化理论必须重新修正。本项目将利用观测数据研究大尺度是否存在非各向同性。首先我们将采用模型无关的方法和最新的超新星数据获得宇宙膨胀加速度最大的方向及其误差范围。然后为得到膨胀加速度具体的非各向同性空间分布，我们将采用一般用于暗能量研究的蒙特卡罗-马尔可夫链方法，并修改算法使之适用于大尺度非各向同性的研究。为严格检验我们所得到的结果是否来源于宇宙大尺度的非各向同性，我们还将模拟各向同性的观测数据再次进行计算并与真实的结果进行比较。最后我们将在前述研究结果的基础上研究大尺度非各向同性对宇宙膨胀及演化的影响。

宇宙大尺度被认为是均匀且各向同性的，并且已经被大部分的观测所证实。但目前仍有一些观测（如宇宙微波背景辐射的观测等）表明在宇宙大尺度上可能存在特殊的方向。本项目计划利用观测数据来确定宇宙大尺度非各向同性是否存在并研究其性质。首先本项目利用Ia型超新星观测中的Union2数据集合以及半球面法寻找大尺度上的特殊方向，并研究其非各向同性的程度。然后本项目对半球面法进行改进并研究了宇宙模型(LCDM)参数最佳值在不同方向上的分布，可以用于表示大尺度非各向同性的具体分布。最后利用蒙特卡罗随机法并基于Union2数据模拟了10000个数据集合，得到了宇宙模型参数最大值和最小值及特殊方向的概率分布，发现以目前的观测误差即使在均匀且各向同性的宇宙中仍有不小的概率观测到大尺度非各向同性的结果。本项目的结果表明目前观测到的一些大尺度上的特殊方向有可能是观测误差引起的。因此目前最重要的仍然是确定大尺度非各向同性是否真实存在。