基于深度学习的无碰撞引力N体数值模拟的可行性研究

提出了用深度神经网络代替快速傅里叶变换法求解无碰撞引力N体数值模拟方法PM-Tree(Partical Mesh Tree)中的势能,以提升PM-Tree方法的效率,验证深度学习方法加速无碰撞引力N体数值模拟的可行性.无碰撞引力N体数值模拟对研究星系、暗物质晕以及宇宙大尺度结构的形成和演化有重要意义.无碰撞引力N体数值...     

大质量黑洞吸积盘的径向自引力

本文研究了大质量黑洞吸积盘的自引力,用薄盘位形上积分的方法计算了吸积盘自引力的径向与垂向分量,着重讨论了径向自引力。主要结果为:对于大质量黑洞(M～10~8—10~(10)M_⊙)吸积盘,在(R/R_g)～10~5—10~4的距离上,径向自引力会超过中心天体引力。在这个距离上,吸积盘的动力学结构完全不同于开普勒盘。提出了径向自引力不稳定扰动作为一种能源机制。本文还得到吸积盘自引力与中心天体引力量级比较的两个判据,并由此得到大质量黑洞吸积盘外半径的近似解析估计。本文结果可用于类星体和星系核吸积盘。     

非均匀椭球的引力坍缩

本文讨论了密度不均匀性对椭球引力坍缩的影响。如果椭球初始存在一个从中心到边缘的微小密度梯度,就会产生一个在坍缩后期不可忽视的压力。这个压力起抗衡引力坍缩的作用,作用的大小受热力学过程影响。满足多方过程pocp~v(v～5/3)的非均匀椭球会出现振荡。但对于初始偏心率很大的长椭球,反而会加强Lin,Mestal & Shu于1965年提出的不稳定性。     

简并度对引力不稳定性的影响

本文讨论了无碰撞粒子系统中简并度对引力不稳定性的影响,计算了塌缩时间的Ｌａｎｄａｕ阻尼时间．在研究费密型暗物质占主导地位的宇宙中星系形成的理论时,系统分布函数的简并度对引力不稳定性的影响有重要意义．     

类星体的厚吸积盘与自引力吸积盘模型

本文对类星体的各种厚吸积盘模型,紫外超现象的吸积盘模型及自引力吸积盘模型作了简扼评述.     

星系振动的动力学研究进展

概括地介绍了盘星系的运动学边缘弯曲现象、盘星系中心的HI发射线空洞和棒旋星系中核球的长轴和棒的长轴不互相平行也不互相垂直等星系振动的问接观测证据;综述了星系振动动力学的理论研究情况,主要介绍了利用非静态维里方程和N体数值模拟得到的有关结果;展望了该领域今后的发展趋势,指出了建立引力自治的星系振动模型的必要性。     

一些流体力学问题的解析与数值研究

<正>本论文5章内容分为流体静力学、黏性流体运动学和低黏性流体动力学3个部分.按研究课题划分,主要包含行星流体、生物流体与高性能计算方法3个方面.在流体静力学部分中,经典马克劳林椭球形状理论首次被推广到更真实的类地行星分层模型.该模型可准确计算在自引力平衡条件下,旋转岩石行星外表面与核-幔-边界的椭球形状.为相关行星外部引力场问题的研究和快速旋转液态内核区域内的磁流体力学数值模拟提供了关键拓扑约束.     

一种质点系统平衡态的非线性稳定性

在具各向异性速度分布的质点系统的总能量小于零时，由大量静态维里定理构造了该系统的一个旋转椭球形平衡态。讨论该平衡态的非线性稳定性。发现在上述平衡态附近旋转随球作拟周期或近拟周期运动，尽管存在混沌运动和轨道扩散行为，但是对实际的时间尺度而言，可以认为该平衡态具有非线性稳定性。有关结果在用N-体数值模拟研究恒星系统振动行为时有一定的应用价值。     

多方气体球引力坍缩中激波的形成和传播

本文采用计算流体力学中的高分辨率ＰＰＭ格式，数值模拟了多方气体球的引力坍缩、激波形成和传播，物态方程取成Ｐ＝Ｋ（ｓ）ργ，γ为密度的分段函数，通过绝热指数γ的不同取法对三个模型分别进行了计算，并对引力坍缩、反弹激波形成和传播等三个过程以及不同模型之间计算结果上的一些差异做了比较仔细的分析，得到了一些初步结论。     

盘星系动力演化的数值模拟Ⅰ——盘状引力加速度的计算方法

本文提出了计算盘星系引力加速度的网格差分法,给出了三种计算引力加速度的方法。对几种不同的计算引力加速度的方法进行比较的结果指出:修正的九格法是既简便又省机时的有效方法。     

自引力辐射体系的熵与引力坍缩

本利用李立新和刘辽导出的黑洞视界附近的辐射态方程，计算了约束在一个球形盒子中的自引力辐射体系的熵（不含中心黑洞和含有中心黑洞两种情况）。与Ｓｏｒｋｉｎ等人的计算比较，本的结果不会出现发散困难，而且体系的总熵（包括中心黑洞的熵）的上限正好等于坍缩后形成的同质量的黑洞熵。作认为，自引力辐射体系坍缩的合理模式是先形成中心黑洞，然后中心黑洞逐渐长大直至整个体系全部坍缩为黑洞。在坍缩过程中，任一中间态     

自引力磁均分和磁守恒吸积盘模型的稳定性分析

对自引力磁均分和磁守恒两种模型的径向振荡稳定性的研究表明：在同时考虑自引力和磁场作用的情况下,吸积盘在磁均分和磁守恒模型中均存在着三种振荡模式,其中粘滞模式总是稳定的,磁声模式是不稳定的,中性模式在图中较长波段范围趋于稳定,在较短波段范围是不稳定的．这些结果有利于解释活动天体的Mark421和Pks2155—304的长周期光变现象．同时阐明了自引力在两种模型中对三种模式的影响有相同的趋势,而对磁场则分别起着相反的作用．这个结论表明磁均分吸积盘模型在解释光变现象时更为有利．     

自引力辐射体系的熵与引力坍缩

本文利用李立新和刘辽导出的黑洞视界附近的辐射态方程，计算了约束在一个球形盒子中的目引力辐射体系的墙（不含中心黑洞和含有中心黑洞两种情况）．与Sorkin等人的计算比较，本文的结果不会出现发散困难，而且体系的总摘（包括中心黑洞的墙）的上阳正好等于坍缩后形成的同质量的黑洞嫡．作者认为，自引力辐射体系坍绩的合理模式是先形成中心黑洞，然后中心黑洞逐渐长大直至整个体系全部坍缩为黑洞．在坍缩过程中，任一中间态的媳总是比末态的黑洞墙小，到坍缩过程结束总熵才等于对应的黑洞摘．这一结果为黑洞滴的起源提供了一个合理的解释．     

多方气体球引力坍缩中激波的形成和传播

本文采用计算流体力学中的高分辨率ＰＰＭ格式，数值模拟了多方气体球的引力坍缩、激波形成和传播。物态方程取成ｐ＝Ｋ（ｓ）ρ＾γ，γ为密度的分段函数，通过绝热指数γ的不同取法对三个模型分别进行了计算，并对引力坍缩、反弹激波形成和传播等三个过程及不型之间计算结果的一些差异做了比较仔细的分析，得到了一些初步结论。     

金星的形状及其动力学参数

根据最近发表的由先驱者金星轨道飞行器获得的金星司托克斯系数,导出了金星的扁率和克莱洛椭球体,还讨论了金星的主惯量矩及其原始自转周期等问题. 在行星形状理论中,如果已知4个选定的椭球参数,例如α(赤道半径),J_2(二阶带谐系数),GM(引力常数)和ω(自转角速度),就可以建立起一个等位旋转椭球——行星的动力学形状,以及行星重力场。就金星而言,上述4个参数中的J_2长期以来很难获得。通过空间探测手段的不断发展,近来已能取得较准确的金星的J_2值了。本文拟根据已发表的最新观测资料,按文献[1]的公式计算金星的动力学形状,并讨论金星的主惯量矩等问题。     

三轴椭圆星系形态与初始弥散速度分布

本文对具有初始几何形状及维里系数相同,但初始速度弥散度分布不同的三轴椭球进行了数值模拟。四个模型的最后质点分布及等密度轮廓的图象表明,三轴椭球的塌缩是与初始弥散速度的分布密切相关的。而不同的初始弥散速度分布可能与原星系在薄饼中不同的碎裂时刻有关。     

简并度对引力不稳定性的影响

本讨论了无碰撞粒子系统中简并度对引力不稳定性的影响,计算了塌缩时间的Ｌａｕｄａｕ阻尼时间。     

MOND理论和暗物质模型的检验

从理论上探讨在地球引力系统内，修正动力学的引力理论以及暗物质模型的预言．着重研究修正动力学(MOND)的引力理论中一些常用的模型，对其中一个最简单模型，给出了球对称情况下引力势的一般表达式，计算了地球引力场中这些模型预言的卫星角速度，发现不同模型给出的角速度是不相同的，并且将这些值分别与牛顿理论的角速度值相比较．虽然这些模型的角速度与牛顿理论角速度的差异都很小，但简单模型的差异更大一些．对于月球作为卫星的情况，目前的技术有可能对这个角速度差进行实际观测．最后估算暗物质模型中月球绕地球运动角速度所受到的影响，证明它远远小于MOND理论的效应．由此对这个角速度差的观测，就构成检验MOND理论与暗物质模型的一个判据．     

密近双星子星间的照射吸收对具有椭率子星表面温度的改变

照射吸收引起的子星表面温度不均匀分布是子星包层大气斜压性的原因,同时又会影响到光变曲线的形态,要了解子星包层大气斜 压性形成的详细图景,要计算双星照射吸收对光变曲线的影响,首先要计算出经过照射吸收后双星表面温度的改变,本在最简单的双球模型的基础上,采用椭球－球模型就椭球受球的照射吸收后所改变的表面温度进行了计算。     

双黑洞并合与黑洞逆向吸积

黑洞是广义相对论理论预言的天体,也是很多天文现象,如类星体、活动星系核、喷流、吸积盘的中心引擎。根据广义相对论,宇宙中的黑洞可以由质量和自旋两个参数来描述。对比黑洞质量的测定,自旋的测量较为困难。但自旋的方向与很多天文现象密切相关。如果黑洞自旋方向与吸积盘的转动方向一致,将形成正向吸积的天文现象;反之,如果黑洞自旋的与吸积盘的转动方向相反,将形成逆向吸积的天文现象。利用宽线区尺度与光学光度之间的关系,最近的研究发现了逆向吸积盘的可能候选体。利用双黑洞并合的物理图像提出了一种逆向吸积盘的物理形成机制,并定量计算了相关的逆向吸积盘形成率。发现了超大质量双黑洞系统的质量比分布与类星体逆向吸积盘的形成率之间存在定量关系,该定量关系可以通过未来的空间引力波探测以及逆向吸积盘的探测进行检验。