星系传奇（6）：宇宙的结构

你来我往：虽然斗转星移不能用来描述遥远的河外星系,但地球上的日历还是忠实地记录着我们的琐屑。不知不觉中,《星系传奇》己陪着大家一同走过了2007。当我们还沉浸在对旋涡星系、椭圆星系和各种“另类”星系神奇美妙的回味中时,2008已悄然来到我们眼前。在这新桃换旧符的时刻,更觉能对宇宙最遥远的部分一探究竟之幸。本期将是《星系传奇》系列的最后一篇,尽管言犹未尽,但奈何工作繁杂,心有余而力不足。愧对《星系传奇》的各位读者,欢迎大家与我联系,别忘了邮箱：dnchen@bjp．org．cn     

星系形成与宇宙大尺度结构

宇宙大尺度结构的形成与星系形成密切相关,前者的研究把星系基本上视为一质点,而星系形成研究涉及到其内部结构,宇宙大尺度结构形成有两种模式,由小到大与由大到小,这两种模式被交替使用（当然不同简单的重复）很重要的一个原因是星系形成研究的推动。     

光学亮星系大尺度分布中的多级结构

本文在Wen等人工作的基础上,对CfA红移巡天样本中银道以北和以南天区中星系的大尺度分布分别进行了分维计算并比较其所得结果。分析表明,这两个区域内星系的大尺度分布存在显著差异。说明CfA样本还不能构成代表宇宙大尺度结构的好样本。另一方面,两个区域中样本分析结果又存在着一些明显的共同点:它们都表现出明显的多级分形特征。结合对IRAS星系红移巡天样本和星系分立小天区红移巡天样本的分析结果。我们认为,多级分形很可能是宇宙大尺度结构的一个普遍和重要的特征。本文对这一特征的含义也作了简略的讨论。     

星系大尺度本动速度

本文从高斯型的初始质量密度扰动出发,采用球对称演化模型计算了星系大尺度本动速度随尺度的分布。采用这样一种模型可以避免通常流体模型中线性增长以及窗函数的假设,对不同的宇宙物质主导成分的讨论表明,在各种情况下本动速度的期待值v_p在大尺度上的分布是随着尺度的增大而逐渐减小,这与流体模型以及宇宙弦模型下的趋势是一致的,但对所有参数的可能取值所作的计算表明,理论结果很难解释Dressler等人在r～60h~(-1)Mpc的尺度上观测到的大的本动速度,这很可能是由于在本星系群(LG)之外r 60h~(-1)Mpc的远处存在着一个大质量的物质凝聚区域。     

遥远的宇宙天体：活动星系核

我们所处的宇宙非常巨大,大得超出人们的想象能力。宇宙的基本构成单元是星系,星系的大小不同,形态各异,亮暗不一,颜色迥然。它们共同组成这个多姿多彩的宇宙。天文学家经过长期的观测和归纳,按形状将星系分为以下几类。其中一类星系看起来是一个椭圆形的弥漫天体,被称为椭圆星系（图1左上）;而有些星系是盘状结构,它们有一个明亮的核心,并从核心向外伸展出两条或多条弯曲的旋臂,看起来象一个旋涡一样,所以叫旋涡星系（图1右上）;有些旋涡星系的中心是一个明亮的棒状物,旋臂从棒的两端向外弯曲伸展出动,这类星系中棒旋星系（图1左下）。     

不同光度星系大尺度分布的交叉相关分析

在对不同光度星系大尺度分布进行空间两点相关函数分析的基础上,仍以CfA红移巡天资料为样本,对不同光度星系分布进行了交叉相关分析。结果表明,不同光度星系间的交叉相关函数仍可近似地以幂函数表示,说明不同光度星系在空间是一起成团的。但在较小尺度上((?)4—6Mpc),光度较高的星系间相关更强,而在更大一些尺度上光度较高的星系间相关减弱更快,甚至变得比与光度较低星系间的相关更弱。结合前面对自相关函数分析的结果可以看到,统计上看来,星系分布形成群和团。群或团中亮的星系形成更致密的分布而较暗的星系则在这些群和团中分布较弥散。此结果表明星系光度和其环境(密度)有关,从而从观测上为Biased星系形成理论提供了一个可能的证据。     

引力透镜与类星体─星系(星系团)成协

综述了背景光源（类星体）与前方天体（星系、星系团等）成协的观测和统计事例．详尽叙述了与成协问题相关的引力透镜理论．全面介绍了对各种成协事例进行引力透镜理论解释的方法、研究现状及存在的问题．还给出了一种计算成协样品中面密度超出因子的改进方法．     

星系内禀指向对弱引力透镜剪切场信号污染的去除方法

星系的内禀指向(intrinsic alignment, IA)的关联性是弱引力透镜观测中剪切场信号的一个重要系统误差,人们在之前的弱引力透镜研究中已经提出了许多修正该误差的方法。从数据处理方面,人们可以剔除物理距离比较近的星系对,但是这种方法只能近似消除星系内禀指向自相关带来的污染项,并不能消除星系内禀指向与周围物质密度场的相关性,并且这种方法也会丢失很多星系的信息。而目前弱引力透镜观测中广泛使用的IA模型与实际的IA模型可能相差甚远,使用不同的IA模型得到的宇宙学参数会存在很大差别。虽然零调(nulling)技术不用假设IA模型,但是这种技术仅能消除星系内禀指向与周围物质密度场的相关性。另外,由于这种技术须对红移设置不同的权重,所以会失去IA对红移的依赖性。Zhang^[1, 2]提出的自修正方法,在不假设任何IA模型的情况下,利用多种观测量以及几个物理量之间的比例关系就能够把弱引力透镜中的IA信号很好地消除。此自修正方法可望广泛应用于即将开始的第四代弱引力透镜巡天中。     

两点相关函数、关联分维及IRAS星系大尺度分布的典型尺度

本文对两点相关函数及关联分维间的关系进行了讨论，以ＩＲＡＳ星系红移巡天样本作为例子进行分析，分析结果表明，在大尺度（≥１５─２０ｈＭｐｃ）上，ＩＲＡＳ星系的分布既不能用简单幂律形式的两点相关函数，也不能用简单分形来描写。它可以用多级分形来更好地描写。多级分形结构的主要特征之一是存在典型尺度，即相邻分形级间的转变尺度，用非归一计数方法可以有效而准确地确定这些典型尺度，存在典型尺度对目前已有的结构形成模型提出了挑战。     

超星系团的宇宙乐章

天文学家正在努力了解宇宙的大尺度结构——它们是如何形成以及是如何影响宇宙膨胀的？ 在最大的尺度上,我们的宇宙看上去就犹如午后无风的湖面,平静、波澜不惊。但是在数亿光年或者更小的尺度上,宇宙则呈现出了物质和巨洞之间的随机、混杂分布。这是一个物质聚集成团的宇宙。     

Abell-ACO团二维分布中的结构

本文用团分析法分别对距离类D＝5及D＝6的Abell－ACO团的二维分布进行了分析．分析的目的是探讨星系团分布中可能存在的超大尺度结构．分析结果表明：富星系团分布中的确存在尺度≥100h-1Mpc的超大尺度结构．本文的分析为超大尺度结构的存在提供了又一支持．     

星系形成环境与宇宙中的空洞

本文讨论了初始扰动谱中大尺度负密度扰动对星系尺度扰动峰值的局域密度的影响，以及空洞演化中边界壳层非线性发展的作用。结果表明它们并不能解释空洞的形成。但考虑星系相互作用在可见星系形成中的关键作用，把星系群与星系团的存在作为形成的必要条件时，可以用负密度扰动对星系团和星系群的局域密度的调制，解释３０─６０Ｍｐｃ的空洞形成。对于更大尺度空洞的形成，则必须考虑对标准冷暗物质模型谱作出修正。     

从准一维红移巡天样本分析大尺度结构

通过分析由五个笔形天区的完备红移巡天和九个1/3采样红移巡天得到的样本,研究了星系分布中的大尺度结构。用一种改进过的方法计算了该分布的分维。结果表明星系分布确实具有3—4.5h~(-1)Mpc的典型尺度,这与Shanks等的结果一致。     

宇宙大尺度分形结构的上限

本文给出了用几种达到不同极限星等的星系表确定宇宙分形结构上限截止尺度的公式.利用Zwicky星系表、Shane-Wirtanen星系表和Jagellonian天区的星系表的数据,可以估计这一截止尺度R_c至少为60—70Mpc,且R_c随着自相似分布所占比例f的减小而增大,或可大到约270Mpc的尺度.     

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。     

cD Abell团的空间相关函数ξ(r)

利用估计红移对Abell统计样品中的cD团进行了空间两点相关函数的计算,确证了cD团的相关性质;特别指出了在特大尺度～300Mpc(H_0=100km·sec~(-1)Mpc~(-1))上cD团仍有一定的相关,而且cD团与射电源和超星系团之间可能存在着空间分布上的联系和对应,显示了更大尺度上可能的成团相关性。