冷暗物质子结构的数值追踪及其湮灭辐射的观测

<正>当前对宇宙的主要观测都指向物质成分为冷暗物质主导的~CDM宇宙学.在冷暗物质的宇宙中,原初的微小扰动在引力作用下增长为位力化的团块,称为暗物质晕.小质量暗晕最先形成,它们之间的相互并合形成了更大质量的暗晕.并合之后,前身暗晕在当前载晕中会以自束缚的子结构形式存活很长时间,称为子晕.在数值模拟中我们可以对子晕的形成和演化进行详细的研究.这种研究为星系形成演化模型提供了基础,同时也影响了我们观测上探测暗物质的方式.     

宇宙画廊

莫叹冰晶米粒光倚天剑出冬云里如一柄直插云霄的倚天剑,炫目锋利,剑气逼人,铸剑大师就是云层中的冰晶。当冬季天气很冷而太阳正好升起或落下时,云层中的冰晶因反射太阳光有时会产生一道罕见的光柱。尤其当冰从高层的云中落下时,空气阻力使得这些冰晶     

暗晕的并合

系统介绍暗晕-暗晕并合在理论方面的形成与发展,并简要介绍了其在数值模拟检验(冷暗物质模型)及拟合方面的进展。暗晕-暗晕并合率问题可与星系-星系并合率联系,正确地定义暗晕-暗晕并合率很重要,影响并合率的因素却很多,从数值模拟所得到的拟合公式往往存在较大差异,这些差异主要来自于定义:对并合的定义(并合树的建立),对暗晕质量的定义以及并合暗晕前身质量比的定义。数值模拟输出的时间步长也会对此有所影响,此外暗晕并合率也与环境强烈相关。对这些因素所导致的差异做了简单比较。此外,对于暗晕并合率的统计可分为对不同红移处的拟合和对z=0时刻对其并合历史的拟合,其中后者对不同质量的暗晕往往能给出一个较统一的拟合公式。     

有中微子晕的星系中恒星谱线移动的分布

大质量中微子晕的存在,必然会对晕内星系中的恒星运动产生显著影响。本文用广义相对论讨论了有中微子晕的星系中恒星的谱线频率移动的分布,得到了与经典开普勒运动不同的分布。这一结果为证实中微子晕的可能存在提供了一种可观测效应。     

类星体光度和暗物质晕的统计关系

活动星系核的能量反馈是星系形成理论模型中的一个重要物理过程,与星系所处的暗物质晕质量、星系中央大质量黑洞吸积率等因素有关。当前的半解析模型预测活动星系核反馈机制主要有两种模式:射电模式和类星体模式,前者主要发生在大质量暗晕中央的大质量星系中,后者主要由较小质量星系并合导致。利用斯隆数字化巡天(SDSS)提供的目前最大的类星体光谱观测样本,结合基于SDSS构建的星系群(团)表,从统计上分析了类星体的热光度和暗晕质量的分布情况。初步分析结果显示,在大质量暗晕中,类星体的热光度和所在暗晕的质量没有相关性,类星体所在暗晕的质量分布很广,进一步证实了高光度的类星体并不存在于大质量的暗晕中。     

重子物质对暗物质晕形状和角动量的影响

利用高精度大样本的冷暗物质($\Lambda$ cold dark matter, $\Lambda$CDM)宇宙学数值模拟的数据, 对重子物质如何影响暗物质晕的形状和角动量进行了研究.使用了3种数值模拟数据, 纯暗物质模拟、含辐射冷却、恒星形成和动力学超新星反馈的模拟, 包含活动星系核反馈效应的恒星形成模拟. 对这3种模拟, 还进行了不同红移处的比较. 主要结果如下.重子物理过程会改变暗物质晕的质量分布, 特别是有活动星系核反馈机制的情况下.比如, 活动星系核反馈会减少大质量暗物质晕的形成.随着宇宙的演化, 暗物质晕的空间形态逐渐由扁变圆. 重子物质的存在会加速暗物质晕形状的变化过程, 而且会使暗物质晕形状变得更圆. 但是活动星系核的反馈会对这一加速效应产生抑制.重子物质对暗物质晕的影响与暗物质晕的质量和半径都存在一定的依赖性.暗物质晕的质量越大, 它会呈现更扁的形态. 同时, 重子物质对任意质量的暗物质晕或暗物质晕在任意半径处的变圆均有一定的促进作用,尽管活动星系核反馈会抑制这一促进作用.特别是对于暗物质晕在0.2--0.6倍维里半径处的形状, 重子物质的影响尤为明显.此外, 重子物质的存在会对暗物质晕的角动量产生显著影响, 它会增大暗物质的角动量. 暗物质晕的自旋参数与质量无相关性, 但是与暗物质晕的半径存在一定的相关性.     

人造导引星自适应光学的倾斜决定问题

本文从Zernike多项式出发 ,推导了激光导引星自适应光学倾斜校正的非等晕性方差 ,以其方差 1rad2 为判据 ,导出了倾斜等晕角的表达式 ,得出了与Parenti和Sasiela推导的相同的结果     

暗物质主晕与其子晕的自旋方向相关性研究

利用高精度大样本Λ冷暗物质(Λcold dark matter,ΛCDM)宇宙学数值模拟的结果,对暗物质主晕与其子晕的自旋方向相关性进行了研究。本文用两者自旋方向夹角的余弦值〈 cosθ〉作为指标,观察〈 cosθ〉随两者之间距离以及红移的变化。若暗物质晕的自旋方向在空间随机分布,则按统计理论可得〈 cosθ〉应为0;若〈 cosθ〉大于0,则表示暗晕之间自旋方向正相关;若〈 cosθ〉小于0,则表示暗晕之间自旋方向反相关。主要得到三个结果:第一,子晕自旋方向在空间的分布非随机,越靠近主晕内部,〈 cosθ〉越大且为正值,与主晕的自旋方向相关性越强烈。当子晕与主晕质量相当时,在主晕的百分之一个维里半径(virial radius)距离处,耦合信号非常强烈,〈 cosθ〉高达约0.8;而在主晕的维里半径距离处,相关性几乎不存在。第二,子晕与主晕的质量比越大,相关性越强烈。当子晕与主晕质量比相同时,对于不同质量主晕,如10~(11±0.5)h~(-1)M,10~(12±0.5)h~(-1)M,10~(13±0.5)h~(-1)M,10~(14±0.5)h~(-1)M(其中M为太阳质量,h为无量纲哈勃常数),相关性曲线几乎重合。第三,该相关性不依赖于红移。但高红移处仍需更高精度模拟进一步验证。这是首次对暗物质主晕与其子晕自旋方向相关性进行的系统性研究,且相关强度较类似物理量的相关更强。末尾简要讨论了产生该相关性的可能原因和可深入进行的后续研究。     

非等晕效应对NVST高分辨重建结果的影响

根据抚仙湖1 m新真空太阳望远镜高分辨率重建算法,从理论上分析了非等晕效应对斑点干涉术和斑点掩模法的影响。使用实测光球数据以不同子块大小分别进行高分辨数据重建,通过对不同子块大小情况下重建图像的功率谱、相位的比较,对非等晕效应的影响进行分析。结果表明,当重建区域大小超过等晕区时,非等晕效应会限制斑点干涉术和斑点掩模法的有效性,由于算法失效会导致模和相位重建的准确度降低。最后结合图像处理程序的具体情况,对算法的进一步优化提供了建议。     

太阳邻域晕流的研究进展

来自银河系晕的恒星星流在流经太阳邻域时有可能被探测到,它们仍然保留着其诞生时的某些信息。研究太阳邻域的晕流对于理解银河系的形成和演化具有重要意义。简要回顾了太阳邻域晕流研究的发展历程,介绍了晕流探测及其成员星证认方法;总结了近年来晕流成员星观测及其起源的研究进展;详细介绍了如何利用数值模拟和化学丰度分析太阳邻域晕流的起源;最后讨论了LAMOST和GAIA在晕流研究方面的前景。     

暗晕次结构的演化

在主流的冷暗物质(cold dark matter,CDM)模型中,暗物质由于引力不稳定性塌缩成位力化的结构,形成所谓的暗物质晕(dark matter halo),然后重子气体由于辐射消耗能量而落入这些暗晕的中心,最终形成星系.暗晕一般是通过等级成团的方式形成,即小质量暗晕先塌缩形成,进而通过并合形成更大尺度的暗晕.并合后的小质量暗晕不会立即消失,而形成暗晕(主暗晕,host halo)的次结构(dark matter halo substructure或subhalo).在次结构中形成的星系是在主暗晕中形成的中心星系的伴星系(satellite galaxy,亦称卫星星系).伴星系因为质量小、光度低而成为观测中的矮星系.     

地月系L_2点中继星激光测距成功率的估算

为了模拟位于地月系L2点的中继星"鹊桥"与月球的位置关系,进而估算中继星激光测距的成功率,按照轨道周期约为14天的要求对中继星所在的晕轨道进行计算,建立了一个综合考虑望远镜抖动、大气抖动和预报轨道横向偏离的模型。从数值上给出了一条轨道周期为14. 78天,X方向(地月连线方向)振幅为12 493 km,Y方向为34 596 km,Z方向(垂直于地月轨道平面方向)为11 916 km的周期轨道。由于晕轨道的最小振幅远大于月球遮挡的临界振幅4 000 km,因此月球对中继星不存在遮挡问题。基于建立的测距成功率模型,根据昆明站(国际编号:7820)的激光测距系统对运行在该轨道上的中继星进行测距成功率分析,结果表明:测距成功率随着中继星横向轨道标准差的增大呈快速降低的趋势。对于中继星到测站的平均距离而言,当中继星没有横向偏离时,探测器产生的光电子数为0. 151,成功率为14. 07%;横向偏离2 km时,光电子数降为0. 035,成功率降为3. 46%。对比最近距离与最远距离的情况,无横向偏离的情况下,探测器产生的光电子数从0. 174降为0. 139,成功率从16. 01%降为13. 02%。该计算结果可为云南天文台1. 2 m望远镜实现中继星激光测距提供参考。     

人造导引星自适应光学的倾斜决定问题

本从Ｚｅｒｎｉｋｅ多项多出发，推导了激光导引星自适应光学倾斜校正的非等晕性方差，以其方差１ｒａｄ＾２为判据，导出了倾斜等晕角的表达式，得出了与Ｐａｒｅｎｔｉ和Ｓａｓｉｅｌａ推导的相同的结果。     

论彗晕的形状

关于彗晕的形状，没有一致的意见和结论．利用何种曲线描述彗晕，对于彗晕模型的建立以及彗晕动力学的理解具有重要的意义．借助于流体力学中一个修正的牛顿公式，指出彗晕的形状接近悬链线．还指出彗晕并不像Eddington所讨论那样，是尘埃颗粒轨道的抛物线包络．     

大质量中微子晕内相对论性开普勒环的谱线轮廓

如果致密天体(例如星系核和黑洞)周围存在大质量的对光线透明的中微子晕,则晕内的强引力场对处于其中的发光开普勒环的谱线轮廓可能产生显著影响.本文给出由可见物质核与中微子组成的核晕结构中的开普勒环的谱线轮廓的精确解,并与无晕情形进行了对比,文中还给出了典型情况下晕内中微子质量的分布.     

暗物质晕次结构的演化研究进展

一般认为暗晕是通过等级成团方式形成的:小质量暗晕先形成,进而通过并合形成较大质量的暗晕。并合后的小质量暗晕形成所谓的次结构,目前关于次结构的演化过程和分布特点尚无明确结论。介绍了利用数值模拟、半解析模型和观测来研究次结构分布和演化的进展,并特别讨论了次结构的并合时标、质量函数和空间分布等特性。     

柯伊伯带的秘密

从海王星以外寒冷的边缘地带正在引发一场太阳系起源和演化的革命。 1930年2月18日下午,24岁的克莱德·汤博（Clyde Tombaugh）做出了一个划时代的发现。当时这名美国洛韦尔天文台的天文学家正在比较上个月拍摄的两张底片,他发现双子座中有一个微小的光点相对于背景的恒星位置有了不甚明显的移动。短短几个月内,天文学家就把它命名为“冥王星”,而太阳系中也在海王星之外多了一颗行星。     

旋涡星系的数值模拟

本文对旋涡星系的一些性质从数值模拟的角度进行了概述。为此,先对数值模拟作了一个简单的介绍。旋涡星系中的四个议题在文中作了讨论。它们是:1.盘状星系大尺度棒状不稳定性,2.死晕与活晕和盘状成份的相互作用,3.旋涡星系中球状成分的分布对旋涡结构的影响,4.互扰星系。     

多层湍流大气相位屏的数值模拟

高分辨图像重建技术可以有效消除湍流大气的影响,重建目标的接近望远镜衍射极限的图像。但是当目标的视场角比较大时,大气—望远镜综合系统不再是线性空不变的,给图像重建带来新的困难,它是大气性质中的一个重要特性,对大气相位屏的模拟应该满足这一特性。提出了一种可以模拟等晕区效应的多层大气相位屏的数值模拟方法,这种方法可以应用于等晕区对高分辨统计重建方法的影响的研究中。利用该数值模拟方法模拟了5″和8″的双星的斑点图,用斑点干涉术对模拟的双星进行了重建,并与实测的双星的斑点干涉术重建结果进行了比较。比较结果表明该数值模拟方法所产生的等晕区效应与实际的等晕区效应相似。     

M87的宽波束射电观测

在本文中我们给出了对M87的宽波束的射电观测结果。结合Ceccareli等人对室女座的红外观测资料(1982),我们论证了,为了便于统一解释射电及红外的观测资料,在M87的周围除了一个高温的晕(～10~8K)外,还可能存在一个微温的延伸晕(～10~5K)。这个微温的晕将会造成M87和高温晕的引力封闭。