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.     

临界曲线附近的微引力透镜效应模拟

在光滑物质分布模型下,临界曲线是强引力透镜系统中像平面上一条放大率为无穷的线,而考虑少量离散质量的微透镜效应后,源平面上的放大率分布会出现复杂的结构,为暗物质成分的探测提供了一种有效途径.模拟临界曲线附近微透镜效应存在临界曲线上放大率无穷大和计算量巨大的困难.要达到所需的模拟精度,直接使用传统的光线追踪算法需要巨大的计算资源.为此发展了一个能实现海量计算的Graphics Processing Unit (GPU)并行方法来模拟临界曲线附近的微引力透镜效应.在型号为NVIDIA Tesla V100S PCIe 32 GB的GPU上,对于需要处理13000多个微透镜天体、发射1013量级光线的模拟,耗时在7000 s左右.在GPU并行的基础上,与直接的光线追踪算法相比,插值近似的引入使计算速度提升约两个数量级.利用该方法生成80个放大率分布图,并从中抽取800条光变曲线,进行了微焦散线数密度和峰值放大率的统计.     

利用弱引力透镜效应的尖峰和尺度-尺度相关统计区分暗能量模型

为了研究不同宇宙学模型下弱引力透镜效应的性质,利用N-体模拟产生的数据,通过光线追踪技术,生成二维的κ样本.对应于不同的暗能量状态方程参数的模型,即w=-0.8,w=-1.0,w=-1.2,生成了3组样本.对于这些模型所生成的样本视场均为3°×3°,并假设所有作为背景源的星系都分布在z=1处的平面上.对这些κ场的样本均进行了尖峰统计和尺度-尺度相关的统计.对尖峰的统计结果显示,包含噪声的κ场中尖峰分布在不同模型下的差别还是存在的.噪声改变了中等幅值和小幅值的尖峰分布,而对高幅值的尖峰分布影响不大.同时降噪后κ场中高幅值尖峰分布的结果表明,降噪后不同模型间高幅值尖峰分布的差别还是非常明显的.对于尺度-尺度相关统计,分析了不同模型的尺度-尺度相关系数的累积概率分布函数,w=-1.2的模型与w=-0.8和w=-1.0的模型的差别能达到20%和30%.因此尺度-尺度相关的统计结合尖峰数目的统计,可以做为确定暗能量状态参数的一种新的手段.     

基于Broyden方法的不对称与对称周期解延拓算法与应用

考虑周期解的数值延拓问题并提出基于Broyden拟牛顿法来延拓周期解的一种有效算法,先后以布鲁塞尔振子、平面圆型限制性三体问题(Planar Circular Restricted Three-Body Problem, PCRTBP)的周期解为例进行了验证.这里的Broyden方法包含线性搜索、正交三角分解求线性方程组的步骤.对一般的周期解,周期性条件方程组中含有周期作为待延拓参数,可用周期来决定积分时长,将解代入周期性条件得到积分型的非线性方程组,利用Broyden方法迭代延拓直至初值收敛.根据两次垂直通过一个超平面的轨道是对称周期轨道的性质,可采用插值的方法求得再次抵达超平面的解分量,得到周期性条件方程组,再用Broyden方法求解.结合哈密顿系统的对称性和PCRTBP周期轨道的一些分类,对2/1、3/1的内共振周期解族进行了数值研究.最后,对算法和计算结果做了总结和讨论.     

黑洞候选体X射线双星CygX-1长期谱变化的研究

利用Rossi X-ray Timing Explorer(RXTE)卫星从1996年1月5日到2005年5月1日的all-sky monitor(ASM,1.5-12KeV)资料,详细分析了黑洞候选体X射线双星Cyg X-1在A-band(1.5-3KeV),B-band(3-5KeV)和C-band(5-12KeV)三个能段上光子计数率与谱线硬度比HR2(5-12KeV/3-5KeV)的相关性.利用1天时标的ASM资料研究发现: (1)Cyg X-1处于软态时,在A-band上光子计数率与硬度比HR2呈现反相关性,而在B-band和C-band上呈现正相关性.当该天体处于硬态时,在A、B、C三个能段上光子计数率与硬度比HR2都是反相关的.(2)Cyg X-1处于硬态和软态时,硬度比HR2与HR1都是正相关的.此外,还分析了ASM上"Dwell by Dwell"资料,得到了十分有趣的结果,即: (1)MJD=52600-52760期间(此时Cyg X-1处于硬态),A-band和B-band上的光子计数率与HR2是反相关性的,而在C-band上却呈现出较强的正相关性. (2)硬态时,硬度比HR2与HR1存在明显的反相关性.     

致密陡谱源1150＋497的VLBI偏振性质

利用美国甚长基线干涉阵对致密陡谱源1150+497进行双波段全偏振观测,获得该源在5GHz和8GHz波段的偏振流量和偏振矢量分布结果,发现该源偏振主要集中在核心处,并通过对三个频率偏振角的拟合,首次获得了源1150+497毫角秒尺度的旋转量约为66 rad/m2.移去旋转量后,获得该源毫角秒尺度的内禀磁场分布,显示磁场矢量与喷流方向一致.     

基于粒子群优化的LAMOST初始波长定标方法

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope,LAMOST)初始波长定标操作,对于在先验定标系数附近搜索解空间内的每一点,通过插值法生成对应定标系数下的虚拟定标灯谱,再将生成的虚拟定标灯谱与实测定标灯谱作互相关运算,使得相关系数最大时对应的定标系数即为初始定标结果,其实质是一个多参数寻优问题.粒子群优化是一种基于群体智能的随机全局优化算法,具有实现简单、精度高、收敛快的特点.鉴于粒子群优化的优异性能,提出一种基于粒子群优化的LAMOST初始波长定标方法,并设计相应算法和测试实验.实验结果表明,基于粒子群优化的LAMOST初始波长定标在收敛性、解的质量、运行时间等方面都优于基于改进遗传算法参数寻优方法.     

基于智能优化算法的小天体初轨确定

经典的初轨确定方法包括Laplace方法和Gauss方法以及它们的各种变化形式. 除这些经典方法之外, 基于当今光学观测数据的特点, 学者们也陆续提出了一些其他的初轨确定方法, 包括双r (目标距离观测者的距离)方法和可行域方法. 双r方法的一种实现方式是通过猜测某两个时刻(通常是定轨弧段的首、末时刻)目标离观测者的距离, 结合观测者在空间中的位置矢量, 即可求解相应的Lambert弧段作为目标轨道的初始猜测. 进一步, 以其他观测时刻的RMS (Root Mean Square)为优化变量可以改进初始猜测从而确定初轨. 可行域方法则是针对一组初始观测参数(包括赤经、赤纬及其变率), 根据一些初始假设将目标(离观测者的)距离及其变率约束在可行域内, 并通过三角划分逐步逼近的方式寻找到使观测RMS最小的猜测解. 针对一系列模拟观测数据以及实测数据, 将智能优化算法(粒子群算法)应用于这两种初轨方法, 并将结果与改进的Laplace算法的结果进行比较. 由于双r方法不仅可以用于短弧定轨还可用于长弧关联, 所以进一步给出了针对长弧段数据的关联结果.     

均值漂移算法在LAMOST动态选星中的应用

将均值漂移算法运用于LAMOST动态选星过程,用以寻找局部天区内观测目标密度最高的区域进行观测.通过模拟试验分析了在不同的天区覆盖方法对均值漂移算法观测效率的影响,并与使用最大密度算法得到的结果进行了比较,证实了均值漂移算法的优越性.     

基于小波模极大值相关信息的脉冲星标准脉冲轮廓累积方法

讨论了产生脉冲星标准脉冲轮廓的重要性.在分析经典脉冲轮廓生成方法的基础上,提出了基于小波模极大值相关处理的脉冲轮廓累加方法.首先将观测数据按周期分组,分别进行小波分解,生成粗尺度上以脉峰为特征点的小波系数;然后,选择某组高信噪比信号的系数为参考数据,分别与其它各组变换系数进行相关,确定脉峰的相对时延.最后,对分组的原始观测数据按此相对时延量进行累加,生成脉冲轮廓.观测信号可先通过背景噪声估计和平滑处理而得到信噪比较高的归一化标准轮廓.实例分析以及与模板相关法的比较结果表明:该方法简单而有效,不需要设计近似模板,且对噪声类型不敏感,具有较高的工程应用价值.     

A New Smoothing Algorithm and its Application in Gravitational Lensing_

Based on the DWT (discrete wavelet transform) method, we propose a new smoothing algorithm for computing surface densities from 3D numerical simulation samples. To check its effectiveness, we have applied this algorithm to two Monte-Carlo samples of gravitational lens simulation with different mass resolutions, generated from the isothermal ellipsoid model of dark matter halos. The calculated results indicate that this algorithm can reconstruct accurately the surface density distribution of the gravitational lens simulation sample, and that the lens caustics and critical curves derived from the surface densities agree well with the theoretical curves. We have compared the results calculated by using 3 different wavelet bases (Daub4, Daub6 and B-spline 3th), and identified the best one. Without sacrificing its smoothing capability, this algorithm has a very fast computing speed, suitable for later N-body numerical simulations, which require even higher resolutions.     

太阳Ⅲ型暴与反向Langmuir波的产生

一般认为,Langmuir波(LW)转换为电磁波是太阳Ⅲ型射电暴的产生机制.由电子束流不稳定性可以很容易地激发LW,正向LW和反向LW的相互作用被认为是产生Ⅲ型暴二次谐波的原因,但反向LW的色散方程和产生机制尚未得到充分研究.对含有温度的双流不稳定性的方程进行了解析求解,发现温度和束流速度分别对反向和正向LW色散关系具有显著影响,并采用粒子模拟(PIC)方法部分证实了解析推导的结果.通过PIC模拟研究了反向LW的产生机制,发现反向LW不能由电子束流直接激发,其能量基本上都是由正向LW散射得到的.然而,电子束流对正向LW的二次谐波有直接放大作用.     

引力透镜的基本原理及最新研究进展

介绍了引力透镜的基本原理，并针对不同情况，结合目前的观测结果对强透镜、弱透镜和微透镜分别作了系统的说明；特别阐述了近年来正在兴起的宇宙剪切的观测和理论研究，总结了引力透镜在宇宙学研究中的重要意义。     

Discriminating Dark Energy Models by Statistics of the Peak Count and Scale-scale Correlation of Weak Gravitational Lensing

In order to study the weak gravitational lensing effect under different cosmologicalmodels, the 2-dimensional κ-field samples are generated by using the ray-tracing method with high-resolution N-body simulation data. These samples correspond to three models with different parameters of dark-energy equation of state, i.e., ω = −0.8, ω = −1.0 and ω = −1.2, and have the same field of view of 3° × 3°. It is assumed that all galaxies, as background sources, are distributed on the plane of z = 1. The statistics of peak count and scale-scale correlation are performed on these samples. The statistical result of peak counts indicates that in the noisy κ field, some differences of peak distributions exist among various models. The noise has changed the distributions of the peaks with medium and low amplitudes, but has nearly no effect on high-amplitude peaks. However, after denoising the differences of high-amplitude peak distributions among various models become very clear. For the statistics of scale-scale correlation, the cumulative probability distribution functions of scale-scale correlation coefficients of different models are analyzed. It is found that the differences between the model of ω = −1.2 and the models of ω = −1.0 and ω = −0.8 can reach 20% and 30%, respectively. Hence the statistics of scale-scale correlation combining with the statistics of peak count can be taken as a new method to determine the dark energy equation-of-state parameter.     

Gravitational Lensing in A Model With Non-Interacting Matter and Vacuum Energies

The gravitational lensing rate in a flat cosmological model of noninteracting matter and vacuum energies is investigated. It turns out to be very close to that in a recently studied modified general relativity model and that it is consistent with observations.     

平行激波加速离子的数值研究

伴随耀斑和日冕物质抛射共生的日冕和行星际快激波作为一种粒子加速机制一直是理论研究关注的热点课题.在准平行激波传播条件下,首先建立数值求解一维输运方程的方法,然后探讨加速离子分布与激波和背景等离子参数之间的关系.取扩散系数分别为常数和能量的函数、有限自由逃逸边界的计算结果表明:(1)随着加速时间的增大,高能粒子近似呈双幂律分布,低能端(3～10 MeV)谱指数逐渐从10.2减小到2.4,能谱逐渐变硬,粒子被激波加速后能量逐渐增大;(2)随着激波压缩比从2增大到4,相同时间同一能量范围的粒子能谱谱指数逐渐从3.2减小到2.2,能谱逐渐变硬,表明激波强度的增大使得加速效率增大;(3)上下游逃逸边界由5减小到2后,粒子能谱的谱指数由2.4增大到3.3,粒子的加速效率减小;(4)当粒子注入能量增大时,粒子能谱的谱指数由2.4减小到0.9,加速效率增大;(5)当扩散系数与能量成正比时,粒子能谱指数由2.2增大到4.3,能谱变软.     

形变地球对不同驱动力的响应

地球形变位移场和重力场的时空变化无论在基础理论研究,还是在地理空间信息建设中都具有重要的意义.地球在各种力学机制的作用下产生了形变,形变又导致地球引力位的变化,即形变附加位或Euler引力位增量.基于矢量球函数的基本理论,讨论了引潮力、负载力和地表应力对地球形变和引力位增量的影响,给出了均匀不可压缩地球模型的Euler引力位增量的具体表达式和Love数的理论关系.可为地球形变的理论研究提供参考和依据.     

Gravitational lensing in quasar samples

The first cosmic mirage was discovered approximately 20 years ago as the double optical counterpart of a radio source. This phenomenon had been predicted some 70 years earlier as a consequence of General Relativity. We present here a summary of what we have learnt since. The applications are so numerous that we had to concentrate on a few selected aspects of this new field of research. This review is focused on strong gravitational lensing, i.e. the formation of multiple images, in QSO samples. It is intended to give the reader an up-to-date status of the observations and to present an overview of its most interesting potential applications in cosmology and astrophysics, as well as numerous important results achieved so far. The first section follows an intuitive approach to the basics of gravitational lensing and is developed in view of our interest in multiply imaged quasars. The astrophysical and cosmological applications of gravitational lensing are outlined in Sect. 2 and the most important results are presented in Sect. 5. Sections 3 and 4 are devoted to the observations. Finally, conclusions are summarized in the last section. We have tried to avoid duplication with existing (and excellent) introductions to the field of gravitational lensing. For this reason, we did not concentrate on the individual properties of specific lens models, as these are already well presented in Narayan and Bartelmann (1996) and on a more intuitive ground in Refsdal and Surdej (1994). Wambsganss (1998) proposes a broad view on gravitational lensing in astronomy; the reviews by Fort and Mellier (1994) and Hattori et al. (1999) deal with lensing by galaxy clusters; microlensing in the Galaxy and the local group is reviewed by Paczyński (1996) and a general panorama on weak lensing is given by Bartelmann and Schneider (1999) and Mellier (1999). The monograph on the theory of gravitational lensing by Schneider, Ehlers and Falco (1992) also remains a reference in the field. Received 4 April 2000 / Published online 9 August 2000     

区域分解方法在快速旋转行星流体动力学并行计算中的应用

基于区域分解思想建立了一种快速旋转行星流体动力学大规模二维数值模拟并行计算方法,并在PC-Cluster型并行计算机上进行了各种网格的数值模拟,结果表明:在一定的CPU数目范围内,该方法在PC-Cluster型并行计算机上的计算速度基本上与采用的CPU数目成线性正比关系.