星系盘厚度效应的研究

在三维引力Poisson方程严格解基础上，探讨了有限厚星系盘基盘的动力学性质，并进一步讨论了盘的厚度效应对银河系所需晕质量的影响。研究了扰动盘的动力学性质，通过将扰动引力势Poisson方程的严格解与林家翘、徐遐生提出的自维持密度波理论相结合，建立了三维旋涡星系有限厚盘上密度波的色散关系。在此色散关系的基础上讨论了盘的局域稳定性，研究了旋涡星系旋臂的形态、三维盘状星系密度波的群速度。研究表明厚度是星系盘研究中不容忽略的重要参量。另外在有限厚盘星系密度波色散关系的基础上还探讨了一种确定星系厚度的新方法。     

有限厚度旋涡星系密度螺旋形扰动的Poisson方程渐近解

本文是在一个特殊模式下,对于有限厚度旋涡星系物质密度螺旋形扰动的三维引力势Poisson方程,用速变相法求出了一级渐近解。 为了解释旋涡星系的螺旋结构,林家翘等[1][2]曾求出引力势Poisson方程的渐近解。这一渐近解对于应用密度波的概念去解释旋涡形式星系的理论起着重要的作用。但是,这一渐近解是把星系中的物质近似地看成集中于星盘平面上,求解二维Poisson方程得到的。所以,不能用它讨论物质的垂直分布与垂直运动对螺旋结构的影响。后来,徐遐生[3]研究了星系盘有限厚度效应,但是他没有解出引力势的三维Poisson方程。我们根据旋涡星系中物质分布的实际情况,求出了三维Poisson方程在一个特殊模式下的解。     

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。     

恒星速度椭球分布律对旋涡星系的影响

本文讨论在考虑恒星速度椭球分布情形下旋涡星系的性质。由分析可知:旋涡星系的运动是恒星“气流”的紧卷旋涡式轴对称基本运动与密度波扰动的迭加,也即既有物质运动也有波的传播。当旋涡星系的旋臂为曳式时,它是旋闭的,并且恒星速度的椭球分布能导致星系密度波模式的不稳定。这种不稳定性提供了激发并维持星系密度波的一种机制,得以使且系旋臂长期维持。     

关于矢引力子场度规场的内部解

本文在文献[1]的基础上讨论了矢引力子杨度规场的静态球对称理想流体的内部解,我们得到了内解的一般表达式。我们的结果表明:(1)文献[1]的解是属于我们所得到的解的一种没有物理意义的特殊情况;(2)有物理意义的正压力解是存在的;(3)在矢引力场的情况下,与自引力相平衡的仍然是压力,而不是矢引力子的斥力。     

密度波理论中星系激波的时间演化

密度波理论中星系激波的解大都假设为局部的,并且往往不考虑星际气体自引力的影响。本文取消了上述两个假设条件,求解了二维不定常气体动力学方程组,其中包括了星际气体的自引力效应。研究了在外加扰动螺旋引力场的作用下,轴对称气体盘中星系激波的形成过程。得到了星系激波的运动和密度分布特征。与非自洽的局部激波解相比,两者的定性特征相似,但定量结果有较大差别。计算表明,星系激波宏图的图样速度随时间和空间而变化,变化的大小甚致超过了外加密度波的图样速度。形成星系激波的特征时间约为5×10~8年。由于激波宏图与外加密度波宏图的相对缠卷,难于维持准稳恒的星系密度波,但每一具体时刻仍有大尺度的星系激波宏图。     

双星对早型星系化学演化和冷却函数的影响

通过星族合成方法发现:在星系参数拟合计算中,相比于单星星族,双星星族可以得到更大的年龄和更高的金属丰度,但双星如何影响星系演化仍不清楚.另外,对于早型星系存在的紫外超现象,目前存在两种主流的解释,一种是有年轻的星族形成,另一种是由双星星族中产生的高温天体引起,但具体哪一种形成机制仍不确定.计算了双星演化抛入星际介质的元素,结合星系化学演化模型和MAPPINGS III程序,研究了双星星族对早型星系气体冷却以及星系演化影响.结果显示,相比于单星演化,双星演化使得抛出的物质和金属丰度增加.另外,得到了早型星系紫外超两种机制下,抛入星际介质的各种元素丰度,发现一些元素的丰度比是不同的,这就意味着,这两种机制可以利用元素丰度比和平均金属丰度进一步认证.同时也计算了两种机制下星系的冷却函数,发现双星机制下的冷却更加有效.     

旋涡星系中对任意旋臂倾角一致有效的密度-引力势渐近关系

本文给出对于臂数m≥2的旋涡星系(正常旋涡星系或棒旋星系),对任意旋臂倾角(0≤|β|≤π/2)一致有效的扰动密度-扰动引力势渐近关系。在|β|≤1的特殊情形,它回到紧卷波的各种已知渐近关系;在|β|不小的情形,这一新结果适用于讨论构成棒旋星系的“开展模式”(open mode)。     

三维旋涡星系的动力学研究

在三维对数螺线型密度扰动的引力Poisson方程严格解基础上,导出了对称平面(z=0)上三维混合盘密度波的色散关系,并以此讨论了对于不同类型扰动盘的局域稳定性,同时还计算了盘面上密度波的群速度．数值计算表明对数螺线型密度扰动,能比较好地满足扰动密度与扰动势反相位的关系;厚度和旋臂数目的增加有利于盘的稳定,而气体成分将导致盘不稳定;考虑厚度效应,银河系密度波传播的动力学时标与Toomre估计的数值相比将大大延长,至少需要4．17×109年,约占宇宙年龄的三分之一,从而可使以往密度波理论中得出的群速度太大的问题得到缓解．     

木星“大红斑”的旋转浅水实验模拟研究

在具有自由表面的旋转轨物面浅水实验系统上进行了可重复的系列模拟实验，在旋转随动坐标系中拍摄的照片和功率谱分析表明，确有大尺度持续存在的涡旋、漂移与演化产生，在一定条件下，呈现出一个自持的、长寿命的、沿与整体旋转方向相反方向漂移的反气旋孤立波涡旋（Rossby孤立波涡旋），这就是木星“大红斑”的实验室模型，实验结果证实，流体动力学不稳定主要来自于剪切和Coriolis力效应，由于远离平衡态的耗散系统的自组织，涌现出大尺度长寿命相干涡旋结构，受多次实验的启发，从流体动力学基本方程出发，在一定的实验条件下提出一个半经验模型，近似求出了Rossby孤立波涡旋解。     

成团超新星爆发的热自模解

在类似于原星系里的高温等离子体介质中，热传导具有很高的效率。当超新星爆发时，可以存在一个以纯热传导为主的能量传播阶段。本文解析地讨论了能量从持续点状源向外热传播的自模问题，得到成团超新星爆发的热自模解。作为热波传播的力学后果，热波自然地以强激波为终结。作为应用，本文分析了矮星系并合形成大星系这一模型中成团超新星爆发时能量传播的各个阶段。结论是，热传导可传播的距离与星系尺度上能量所需输运的距离是同量级的。     

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．     

对称性自发破缺与引力红移的极限

本文根据不同的真空态对致密星的影响,在σ-模型下讨论了对称性自发破缺与引力红移极限间的关系。在强引力场中由于反常核态的存在,使引力红移可以远大于目前我们所知的极限(0.62),这可能给部份类星体的红移提供一种新的机制。     

星际气体激波与恒星线性密度波的总合自洽解

本文从二维气体动力学和泊松方程出发,研究星际气体激波和线性恒星密度波自洽的密度波理论,求出准稳、紧卷、双臂的线性恒星密度波和星际气体激波的总合自洽解。所得结果表明,在采用不完全的流体力学线性方程组及全局的引力方程的条件下,得到的是收敛的自洽解,该解给出了与局部渐近解相同的色散关系、非谐波形式的总密度分布及总引力分布,所得结果还表明,若采用完全的流体力学线性化方程组,将得出不稳定的线性恒星密度波。     

关于太阳系起源过程中尘层的厚度和演化

本文讨论了在尘层沉降后期的一些动力学过程。假定在沉降后期由于湍流的阻碍而出现缓慢沉降(准平衡),求出了开始产生径向引力不稳定性的临界厚度,并给出三种尺度之间的确定的数值关系 <|Z|>_c:h_*:λ_r=0.02107:0.1592:1,其中<|Z|>_c为开始产生径向引力不稳定时尘粒的平均高度,h_*的定义是:当半厚度等于h_*时,在Z=h_*处尘层自引力恰等于太阳引力的Z分量,λ_r则为尘层发生环形不稳定扰动的最大波长。本文并计算了尘层成环所需的时间尺度,结果表明,成环时间远远短于沉降时间。     

ISW效应对Yukawa引力势的检验

该文利用Integrated Sachs-Wolfe(ISW)效应探测宇宙大尺度引力势随时间的变化速率,从而能够在宇宙学尺度上检验引力的性质.以Yukawa引力势为例,探讨了利用ISW效应检验引力性质的能力.计算表明,ISW效应对引力的性质很敏感,通过与宇宙微波背景辐射实验WMAP五年的观测结果相比较,发现相对于牛顿常数,等效牛顿常数在宇宙学尺度上最多只有约2%的改变.     

分子云间的自引力在巨分子云聚合形成中的作用

在巨分子云聚合形成过程中，一般都包括了分子云间的非弹性磁撞与分子云间的自引力。本主要对分子云间的自引力在这一形成过程中的作用进行分析，得到的结论是分子云间自引力对分子去的成团是至关重要的。     

中子星内部中微子辐射的相对论修正

通过相对论平均场理论和相关的弱相互作用冷却理论,在有、无超子两种情况下的中子星物质中研究含相对论效应的中子星冷却性质,并且与非相对论情况进行对比分析.考虑到极微小尺度上的引力会偏离牛顿引力,引入引力修正效应.结果表明中微子辐射的相对论效应降低了中微子发射率、发光度以及星体的冷却速度.在考虑引力修正的无超子的中子星物质中,相对论效应所引起的星体冷却速度降幅最大,对于两倍太阳质量的传统物质中子星可达56%,而超子物质中降幅最小,约为38%.     

估算有中子星作伴星的黑洞质量

在本文中，我们讨论了由中子星和黑洞构成的密近双星系统的引力效应。首先，我们清楚地解释了引力辐射存在引起的轨道圆化，并估算了圆化的时间尺度。求解了围绕史瓦西黑洞作圆轨道运动的矢量进动方程，得到了一个精确解。由进动周期和中心黑洞的质量的关系，我们得到了估算中子星伴随的黑洞质量的方法。随后我们讨论了以中子星脉冲信号随自旋进动变化来寻找黑洞的方法。     

系外行星系统掩星周期变化研究进展

在掩星法发现的系外行星系统中,如果存在其他未知的伴星绕同一颗恒星运动,掩星行星由于受到伴星引力的影响,运动轨道将发生变化,轨道周期不再是常数,而是变化的。利用这种变化探测掩星系统中的其他行星,已成为一种新的方法。主要介绍了未知行星与掩星行星之间的引力作用引起的掩星周期变化效应,以及掩星周期变化法探测系外行星的理论和研究进展状况,最后简要讨论了几种影响掩星周期变化的其他因素:共轨行星、卫星、潮汐效应、相对论效应及恒星的引力四极矩等。