弱引力透镜形变信号及其图像精确处理

弱引力透镜形变信号的测量需要精确的图像处理,因为信号本身非常弱,椭率变化大小只有千分之几的强度,是其星系本身的内禀椭率形状噪音的几百分之一,需要叠加至少约1000幅图像才能从星系图像中得到信号。此外,观测设备的光学效应、大气扰动和CCD的像素化效应(点扩散函数)是图像处理的首要系统误差。怎样改正点扩散函数(PSF)的系统误差是弱引力图像处理的第一步,也是最重要的一步。首先详细介绍了引力透镜的基础理论和弱引力透镜作为其分支领域的特点。其次,介绍了基于重高斯化和圆化卷积核方法的图像处理管线的建立,利用Mandelbaum等人的图像模拟软件,将COSMOS的高分辨率空间图像变成低分辨率地面SDSS图像。最后,检验结果表明,对于一个椭率约为0.05的可加PSF系统误差,经过修正后,只有10~(-4)量级的残余;而PSF的另一个可乘系统误差则修正到1%以下。     

关于类星体宇宙学红移的新证据和新认识

自对类星体红移解释发生激烈争论以来,近7、8年新的观测证据、统计分析和理论解释,都是有利于宇宙学红移解释的。它们包括: a)与类星体红移相等但光学光度弱得很多的成协星系的系统观测和结果; b)引力透镜事例的发现和解释; c)标准烛光化后获得的视星等-红移关系; d)标准宇宙模型下解释了类星体发射线红移分布; e)射电子源间最大角径θ与红移图上上包络线的存在; f)理论上给出了可能的产能机制和传能过程,并获得新的观测证据。但是与类星体红移不等的星系成协事例,仍有待深入观测和进一步研究。     

红移畸变效应理论模型研究进展

星系红移巡天中的红移畸变效应是指由星系本动速度引起的,观测到红移空间中星系成团性呈现各向异性的效应。它是很重要的宇宙学探针,能够帮助我们重构宇宙结构形成的历史,结合宇宙膨胀历史的研究,我们可以打破暗能量模型和修正引力模型的简便性,更精确地限制宇宙学参数。随着观测精度的提高,下一代星系红移巡天(DESI,Euclid,LSST等)有望将红移畸变效应测量的统计误差降低到1%左右,然而目前红移畸变模型普遍都还有5%~10%的系统误差,因此,红移畸变模型的精度已经成为这个领域发展的瓶颈。我们介绍了几个主流的红移畸变模型,重点讨论每个模型中采用的假设及其局限性,并提出进一步改进的方向。     

爱因斯坦环及其星系团环境

该文研究了以星系作为透镜体产生的切向弧(即"爱因斯坦环")的强引力透镜现象,并对该领域近年来的观测和研究作了总结.对形成这些强引力透镜"环"的星系所进行的研究表明,其附近存在的质量所产生的会聚和剪切对透镜的质量分布模型非常敏感.在大视场巡天中找到的这种爱因斯坦环的数目相当多,大约是每平方度10个,其中"强引力透镜巡天"(Strong LensingLegacy Survey,SL2S)提供了大量处于星系团视场中的由椭圆星系产生的爱因斯坦环样本.系统地研究星系团外围存在的爱因斯坦环,一方面可以理解星系团环境对爱因斯坦环的影响,另一方面可以利用它们来探测星系团的物质分布,并进而对冷暗物质宇宙学提供新的探测方法.     

用强引力透镜研究暗晕中心的物质分布

对矮星系和晚型LSB星系的最新高分辨率自转曲线进行观测,揭示出由CDM主导的物质密度分布中心具有常数密度核。在ΛCDM宇宙学框架下,纯CDM宇宙学N体模拟给出普适的、带尖点的NFW模型,解决尖点-核问题的最佳方案是考虑暗晕中心重子物理过程对暗晕密度分布的影响。到目前为止,考虑重子物理过程后,不管是解析模型还是数值模拟,给出的暗晕密度分布都能很好地符合自转曲线的观测结果,但是却不能通过强引力透镜观测的检验。最后,对基于这两种观测到底能不能用一个统一的暗晕密度分布模型来描述作了简要的讨论,并认为需要更多的强引力透镜样本和分辨率更高的数值模拟,以解决上述问题。     

基于红移畸变测量宇宙结构增长率的进展

星系红移巡天的一个主要目标是依据光谱红移测距,详细刻画宇宙中星系的三维空间分布。由于星系本动速度的存在,红移空间的星系分布存在着严重畸变,在大小尺度上有着不同模式的各向同性偏离。通过对红移畸变的观测研究,人们可从中获取速度场的信息,因此,红移畸变已成为暗能量探测的重要探针之一,为检验宇宙学尺度上的引力模型提供帮助。当前星系红移巡天项目已经取得了非凡成功,为人们提供了详细的星系空间分布数据。人们据此测量了星系的相关函数和功率谱,提取了精确的红移畸变信号,并通过模型拟合限制出了一批不同红移处宇宙结构增长率的估值,为探索宇宙尺度的引力模式提供了数据支持。主要介绍红移畸变模型、星系红移巡天观测和宇宙结构增长率测量等研究进展。     

星系形成的半解析模型研究进展

基于目前流行的冷暗物质等级成团理论的星系形成的半解析模型取得了很大进展．在引入一系列合理的关于重子物质物理过程的假设，如气体冷却、恒星形成率、超新星能量反馈以后，结合N体数值模拟，星系形成的半解析模型一方面能较成功地预言许多与观测符合的近邻星系的性质，如光度函数、星系的两点相关函数、Thlly-Fisher关系、星系团中椭圆星系的颜色一星等关系等；另一方面还能较成功地预言宇宙的恒星形成历史，以及一部分高红移星系的性质，如Lyman-Break星系的数目随红移的分布．但是最近一些观测表明，半解析模型在高红移预言的大质量星系较少，且红星系数目也较观测少．重点讨论半解析模型成功与不足之处，并指出解决这些问题可能的途径。     

旋涡星系模型及银河系的物质密度分布

本文假定轴旋涡星系的物质密度分布由三部分组成:平行于星系对称面的层分布,它沿z方向成指数衰减;对称于中心的多球层分布;以及星系中心的高度密集的球核。在这样的假设下,本文求出了星系物质密度分布的分析表达式,并以银河系为例,定出了银河系物质密度分布的具体结果。本文所得结果,与最新观测结论相一致。     

灾难性测光红移对重子声波振荡和弱引力透镜限制暗能量状态方程参数的影响

研究了存在灾难性测光红移误差时重子声波振荡(Baryon Acoustic Oscillations,BAO)和弱引力透镜(Weak Lensing,WL)的互补效应,以及灾难性测光红移误差对限制暗能量状态方程参数的影响。针对类大口径全天巡视望远镜(Large Synoptic Survey Telescope,LSST)的巡天项目,建构了在z-zph面左上角(UL)和右下角(BR)局域性分布的灾难性测光红移误差模型,并分别针对左上角和右下角的灾难性测光红移,利用费舍尔矩阵(Fisher Matrix)分别估计它们对重子声波振荡、弱引力透镜和联合重子声波振荡+弱引力透镜(BAO+WL)限制暗能量状态方程参数的影响。若拟合模型没有包括实际存在的灾难性测光红移误差,则左上角和右下角的灾难性测光红移造成的偏差并非总是同号的。重子声波振荡受灾难性测光红移误差的影响最小,对于总比例为Ft=0.02的灾难性测光红移,最大的影响也只是左上角和右下角两部分对w0造成的偏差,相对偏差约为30%。但在对弱引力透镜和联合重子声波振荡+弱引力透镜的影响上,通常都有几倍的偏差,因此灾难性测光红移误差的影响不可忽略。另外,关于弱引力透镜对w0的限制,左上角和右下角造成的偏差大小几乎相等,但符号相反,从而导致总体影响反而变得很小。当拟合模型包括灾难性测光红移误差在内后,虽然测光红移误差分布模型多了45个自由度,但在同样大小的训练集的情况下,重子声波振荡和弱引力透镜的互补效应仍然很强。在此条件下,暗能量状态方程参数的误差并没有太大的增加。特别是重子声波振荡的限制结果增加量少于1%。弱引力透镜对w0和wa的限制误差分别增加了14%左右(UL+BR)和6%左右(UL+BR),而联合重子声波振荡+弱引力透镜对w0和wa的限制误差都只增加5%左右(UL+BR)。     

利用微引力透镜效应搜寻银河系内的重子暗物质

该文综述了利用微引力透镜效应来搜寻银河系内重子暗物质的原理、观测方法和结果以及当前国际上几个小组的工作和主要进展。简要回顾了对重子暗物质的认识过程，其中广泛分布于星系之中的暗天体被称为晕族大质量致密天体（MACHO）。综述了一些关于引力透镜的一些基本概念和基本公式，其中简单讨论了强引力透镜、弱引力透镜和微引力透镜的区别，并列出微引力透镜的两个重要参数光深和光变时标的定义及表达式。详细阐述了对于MACHO探测的方法和一些观测效应细节。综述了目前几个小组的工作，包括MACHO小组和EROS小组等，其中MACHO小组近来的工作得出MACHO为银晕的重要组成部分，其质量比例约为20％；而EROS最近工作得出的质量比例上限为7％。     

大天区星系红移巡天

星系的红移巡天是观测宇宙学中最基本的工作,有关宇宙大尺度结构研究中的许多关键问题,例如宇宙中最大结构的尺度,宇宙中大尺度结构的拓扑特征,以及有关宇宙物质分布的密度场和速度场的许多基本性质的研究,都依赖于覆盖面积足够大、极限星等足够暗的完备的星系红移大样本。通过对巡天的覆盖天区、巡天深度、选择方法、巡产率等方面的分析,比较了最近已完成的一些红移巡天（ＩＲＡＳ、ＣｆＡ、ＳＳＲＳ、ＯＲＳ和ＬＣＲＳ等）并     

大天巨星系红移巡天

星系的红移巡天是观测宇宙学中最基本的工作,有关宇宙大尺度结构研究中的许多关键问题,例如宇宙中最大结构的尺度,宇宙中大尺度结构的拓扑特征,以及有关宇宙物质分布的密度场和速度场的许多基本性质的研究,都依赖于覆盖面积足够大、极限星等足够暗的完备的星系红移大样本．通过对巡天的覆盖天区、巡天深度、选样方法、巡样率等方面的分析,比较了最近已完成的一些红移巡天（IRAS、CfA、SSRS、ORS和LCRS等）并对计划中的2dF和SDSS巡天计划作了简要介绍．     

基于Shapelets基函数的引力透镜质量重构方法

引力透镜效应是探测星系团物质分布的有效方法之一.目前,利用引力透镜数据重构星系团质量分布的主流方法可以分为两大类,即参数法和非参数法.在实际研究工作中,受限于质量模型假设和计算分辨率等方面的影响,现有的重构算法仍有诸多亟需解决的问题.基于Shapelets基函数的引力透镜质量重构方法通过基函数来实现引力透镜质量重构,使用Shapelets基函数分解引力透镜势,以引力透镜中多重像的位置和背景星系椭率畸变为限制条件来迭代求解基函数系数从而得到透镜体的质量分布.通过拟合一个模拟的NFW (Navarro,Frenk and White)透镜系统测试了新方法的可行性,结果表明新方法可以在整体上重构出透镜体的质量分布,并拟合出接近真实的源位置,能够为星系团质量测量提供一套灵活且高效的重构算法.     

星系的恒星速度弥散度的归算方法

星系的恒星视向速度分布是星系动力学模型的重要观测约束,其特征参数包括速度弥散度、分布轮廓以及红移。这些参数对研究星系的动力学、结构和演化以及中央黑洞的质量等都具有重要的价值。该文全面总结了从星系光谱归算星系的恒星视向速度分布及其弥散度的各种方法,以及对观测和处理的一些要求。这些方法都假设星系谱线可看作是模板星光谱经多普勒位移并加宽后的线性叠加。提取尽可能多的星系内部恒星运动信息、减少模板星失配的影响、简化误差分析,是这些方法追求的目标。     

射电活动星系核相对论性束流Doppler因子的决定(I)3C273

目前决定射电活动星系核Ｄｏｐｐｌｅｒ因子δ的方法,主要是用均匀球状源模型的同步自康普顿机制（ＳＳＣ）关联射电和Ｘ射线（或光学）波段各一点的流量来定出δ．观测表明,此方法有较大的不足．本文发展了一种新方法,一方面将ＳＳＣ机制推广到非均匀情况,另一方面是用谱拟合代替点计算．我们首次用这种方法对３Ｃ２７３的Ｄｏｐｐｌｅｒ因子进行了推算．计算结果表明,３Ｃ２７３的多普勒因子δ～３１３．在假设喷流中非均匀成分和喷流整体的运动速度相同时,得到相对论性束流运动方向与视向的夹角θ～１５°．根据δ定出源的内禀亮温度约为５０×１０１０Ｋ,缓解了“康普顿灾变”的困难．由于非均匀模型比均匀模型更接近射电活动星系核中心致密子源的真实物理图象,有关参数由３Ｃ２７３的同时性和准同时性多波段观测定出,观测结果对ＳＳＣ机制提供了较好的支持,故理论和观测相符,由此确定的多普勒因子是更可信的．     

星系巡天中的线性红移畸变效应

在红移巡天中，由于星系本动速度的存在，星系的三维空间分布图像将会发生畸变，这种效应使得我们可以用动力学与统计方法，通过测量线性红移畸变因子来获取宇宙中大尺度上物质分布的信息，介绍了线性红移畸变效应的图像、理论，以及线性红移畸变因子β的测量方法和一些最新结果。     

AGN吸积盘辐射区半径的多方法研究

通过收集数据,用标准α盘模型法、短时标光变法、连续波混响滞后法、微引力透镜法分析了活动星系核吸积盘辐射区半径,并对4种方法进行分析讨论。结果表明:(1)将耀变体和类星体参数比较,发现两个子类的中心黑洞质量、光度和吸积盘辐射区半径都没有明显差别。选择高光度源进行研究,出现了两个子类以上参数无明显区别的情况;(2)短时标光变法得到的吸积盘辐射区半径比和黑洞质量没有明显的相关性;(3)连续波混响滞后法得到的吸积盘辐射区半径比对黑洞质量的依赖性高于标准α盘模型法,对于无法确定中心黑洞质量的源,可以利用连续波混响滞后法得到吸积盘辐射区半径;(4)微引力透镜法得到的吸积盘辐射区半径比和黑洞质量没有明显的相关性,且该方法只适用于存在微引力透镜效应的类星体;(5)这些方法从观测上证明了吸积盘辐射区半径与黑洞质量存在相关性,验证了标准模型成立。为进一步在观测上寻找这4种方法所需要的源提供了理论指导,对活动星系核的吸积盘辐射区半径研究有重要意义。     

三点相关统计的理论与测量

本文分别从数值模拟、理论和观测的角度研究和分析了三点相关函数以及双谱对尺度、形状和光度等的依赖性,并比较了数值模拟与二阶扰动理论以及暗晕模型的差别。我们发现二阶扰动理论即使在线性尺度上也是与数值模拟存在明显偏差的,它并不足以很好地描述暗物质双谱在大尺度上的行为。如果要与数值模拟更好地吻合,我们需要引入更高阶的修正。我们用其他人的半解析模型构建了对应于我们数值模拟的模拟星系样本,并计算了不同光度星系样本的双谱从而得到了相应的星系偏袒值。我们发现,对星系密度场的泰勒二阶展开是可以适用到准线性尺度k(?)0.15h/Mpc上的,但是要通过三点相关来获得准确的星系偏袒值,我们需要拥有对暗物质密度场的准确估计,这却是二阶非线性扰动理论所无法做到的。暗晕模型在定性描述双谱行为方面是十分有效的,但是它与数值模拟的定量比较还是存在很多不同。要用暗晕模型来精确描述双谱,我们需要对模型的各种设定做出精细的调节和改进。最后,我们还利用了SDSS的最新观测数据测量了红移空间的三点相关函数以及投影三点相关函数,并研究它们对于星系光度、颜色和恒星质量等性质的依赖关系。我们发现,不同于之前的许多工作,星系的归约三点相关函数对光度存在明显的依赖性,而这种依赖性却是与三角形的形状和尺度耦合在一起。三点相关对恒星质量的依赖与光度依赖性十分类似。而颜色的依赖性在小尺度上则比光度和恒星质量更显著一些。     

X射线选射电噪活动星系核的多波段性质(英文)

基于被ROSAT全天区巡天观测和射电 4.85GHz巡天观测同时探测到的活动星系核的大样本 ,研究了X射线选的射电噪活动星系核的多波段性质 .通过分析该样本中的活动星系核的宽波段能量分布 ,确认了来自射电、光学和X射线波段的辐射光度之间的显著相关性 .这种相关性对于类星体、赛弗特、蝎虎座天体和射电星系是有区别的 .同时 ,探讨了从光学到X射线波段之间的谱指数与红移以及 50 0 0 和 4.85GHz处的单色光度的相关性     

面向类旋涡星系盘有效厚度的获取及图像处理方法

面向类(face-on)旋涡星系盘的有效厚度或标高不能通过表面亮度测光的方式测量.为了获得面向类旋涡星系盘的厚度参数,将基于三维星系盘引力势Poisson方程在等角对数螺旋型物质密度扰动情形下的解,运用一种解析法对面向类旋涡星系盘的标高进行测算.为了去除星系核球的光污染而获得旋臂最内点位置(r0)的重要参数,使用了在星系观测图像中扣除双成份(盘+核球)测光模型的图像处理方法.通过对旋涡星系相关结构参数的拟合测量,各得到了一个普通旋涡星系(S)与棒旋星系(SB)的有效厚度与相关参数,并给出了它们的球盘比(rb/rd)和星系盘的标长与厚度之比(rd/H).采用这种在观测图像中扣除双成份测光模型的方法,将更容易看清旋臂结构的最内端,因而这里获得的禁区半径r0的数值往往比从原星系图像上直接测量的数值要小,获得的星系盘有效厚度将更薄.