宇宙加速膨胀的研究

Cosmological observations, including Type Ia supernovae, cosmic microwave background radiation, large-scale structure etc, confirm that the expansion of our universe is accelerating. Another period of cosmic acceleration which happened in the early universe, namely inflation, provides a simplest and the most economic mechanism to solve several puzzles, such as the flatness puzzle, the horizon puzzle and the unwanted relics, in the hot big bang model. Nowadays how to understand the nature of cosmic acceleration is one of the deepest problems in the fundamental physics. We will focus on some conceptual problems about the cosmic acceleration and try to understand the physics related to the cosmic acceleration by combing with the recent released Planck satellite data, large-scale structure data and Type Ia supernovae data etc. Our proposal mainly contains the following contents: 1, try to understand the nature of dark energy from the viewpoint of fundamental physics; 2, check different dark energy models by adopting the most recent cosmological observations data; 3, distinguish dark energy from modified gravity model; 4, construct and precisely check the inflation models; 5, hunt for the signal of primordial gravitational wave and figure out the basic properties of primordial gravitational wave; 6, explain some anomalies observed by Planck satellite on very large scales.

宇宙学观测（包括Ia型超新星、微波背景辐射和大尺度结构等）证实宇宙正处在加速膨胀的状态。早期宇宙的加速膨胀（暴涨）能够最简单经济的解决热大爆炸宇宙学的平坦性、视界和多余残留物等疑难。理解宇宙加速的物理起源是当前基础物理面临的一个既深刻又困难的问题。我们将聚焦于宇宙的加速（包括暗能量和早期宇宙暴涨）的基本物理问题，紧密结合理论和最新的普朗克卫星、大尺度结构以及超新星等数据来开展深入的研究。我们的研究主要包含以下几个个方面：1、从基本理论出发理解暗能量的物理本质；2、用最新的观测数据检验不同的暗能量模型；3、从理论和观测上区分暗能量和修改引力模型；4、构造和精确检验暴涨模型；5、寻找原初引力波的信号，并探索原初引力波扰动的基本物理特性；6、对普朗克卫星观测到的一些在大尺度上的反常现象提出物理解释。

过去几十年物理宇宙学越来越成为一个重要的研究方向，并带动相关基础物理的发展。本项目的研究对宇宙加速膨胀及其他一些重要的宇宙学问题展开研究，并取得一系列研究成果。受此项目资助，特别在哈勃常数问题，暗能量，早期宇宙暴涨，原初黑洞和中微子质量等方面发表23篇论文。所取得的重要研究成果主要包括：1）利用低红移的其他宇宙学观测数据，包括重子声波振荡和AP观测数据，独立地测量哈勃常数，结果进一步支持普朗克卫星的观测结果。2）利用WMAP和重子声波振荡的观测数据限制哈勃常数，结果再次支持普朗克卫星的观测结果。3）提出动力学暗能量模型来调和普朗克卫星和低红移超新星测量哈勃常数之间的矛盾。4）提出利用随机引力波背景限制原初黑洞的丰度，利用LIGO的观测数据给出恒星质量原初黑洞丰度最严格的限制。5）计算了任意质量分布原初黑洞并合率公式，为从观测数据中重构原初黑洞质量分布及其丰度奠定理论基础。6）发现Starobinsky暴涨模型和观测数据符合得很好，并且发现观测数据支持由等效宇宙学常数主导的凹形暴涨势的暴涨模型。7）利用普朗克卫星和重子声波振荡的观测数据，发现倾向于支持正排序的中微子等级。