基于芬斯勒几何研究宇宙大尺度反常现象

The data of cosmic microwave background radiation (CMB) released by Planck collaboration precisely test the standard cosmological model based on the cosmological principle. However, astronomical observations (including the data released by Planck collaboration) show anomalous phenomena exist that break the cosmological principle. The study of large scale anomalies in the universe has become a hotspot in cosmological researches, but its physical mechanism is not yet clear. In this project, based on the gravitational theory established within the framework of the Finsler geometry, we will analyze the anomalous phenomena of the universe, suggest the Finslerian metric that describing the evolution of the universe, and establish the unified interpretation of the large scale anomalies at various stages of the evolution of the universe in Finslerian gravity. In this project, we will focus on studying the influence of Finsler gravity on the power spectrum and polarization of CMB, the influence on the primordial gravitational wave and the influence of spacetime anisotropy on the accelerated expansion stage of the universe, then obtain the value of Finslerian parameter that describing the cosmic anisotropy which is varied with respect to the evolution of the universe. It is of great scientific significance to reveal the physical mechanism of the large scale anomalies of the universe by studying the spacetime symmetry and gravitational properties in the framework of Finsler geometry. Systematic research on the large scale anomalies of the universe could test the validity of Finslerian gravity.

普朗克卫星公布的宇宙微波背景辐射（CMB）的观测数据精确验证了基于宇宙学原理的标准宇宙学模型的众多预言，但是一些天文观测数据(包括普朗克卫星的观测数据)显示存在偏离宇宙学原理的反常现象。宇宙大尺度反常现象的研究已成为研究的热点，然而其物理机制尚未明确。本申请项目拟基于芬斯勒几何框架内建立的引力理论，分析宇宙大尺度反常现象，提出描述宇宙演化的芬斯勒度量，探索研究在芬斯勒引力理论框架内统一地解释宇宙演化各个阶段的大尺度反常现象。本申请项目拟重点研究芬斯勒引力对CMB的功率谱和极化的影响、对原初引力波的影响以及对宇宙加速膨胀阶段时空各向异性的影响，明确刻画宇宙各向异性的芬斯勒参数随宇宙演化的变化关系。在芬斯勒几何框架内研究和探索时空对称性和引力性质对揭示宇宙大尺度反常现象的物理机制有重要的科学意义，从理论上对宇宙大尺度反常现象的系统研究有助于检验芬斯勒几何框架内建立的引力理论的合理性。

项目执行期间，我们已按照研究计划执行并完成了研究目标，共发表SCI收录论文18篇，主办和承办学术会议4次，协办学术会议1次，培养博士研究生3名。在宇宙各向异性研究方面取得重要研究成果如下：在芬斯勒时空下的各向异性暴胀模型得到随空间演化的偶极调制的原初标量涨落功率谱；发现需要至少800个引力波事件才可以检验Union2超新星对宇宙空间的大尺度各向异性限制结果的正确性。在芬斯勒黑洞研究方面取得重要研究成果如下：找到一类芬斯勒时空下的推广的RN严格解并通过对称性分析得出此类扩展方法得到的四维芬斯勒黑洞只具有质量，电荷以及芬斯勒形变参数这三个属性；研究芬斯勒Schwarzschild黑洞标量场和电磁场扰动产生的准正则模式，结果显示能谱出现分裂现象，该芬斯勒黑洞在标量场扰动和电磁场扰动下是稳定的。运用机器学习方法研究引力物理方面取得重要研究成果如下：基于神经网络的方法，通过Ia型超新星数据重构了红移高于2的数据，以此检验了伽马射线爆的六个光度关系并发现峰值能量与准直校正能量之间的光度关系没有红移依赖。运用该关系并通过伽马射线爆数据得到了校准的距离红移关系，再以此限制标准宇宙学模型，拟合结果表明宇宙物质成分比例为0.307。