本文關(guān)鍵詞：星系團(tuán)的多波段觀測(cè)　出處：《上海交通大學(xué)》2011年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：星系團(tuán)是宇宙中最大的引力束縛系統(tǒng),是構(gòu)成宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的基石。星系群是與之結(jié)構(gòu)類似,但規(guī)模較小的系統(tǒng)。星系團(tuán)/群內(nèi)的物質(zhì)組成主要包括恒星、氣體和暗物質(zhì)。其中恒星主導(dǎo)了星系團(tuán)/群在可見(jiàn)光波段的輻射。氣體由于并合以及物質(zhì)吸積過(guò)程中引力能的釋放,被加熱到了輻射X射線的溫度。而在星系團(tuán)/群的并合過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量相對(duì)論性電子,這些電子在星系團(tuán)/群的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),會(huì)產(chǎn)生射電波段的同步輻射。其它的諸多物理過(guò)程,例如AGN活動(dòng)、超新星爆發(fā)等也會(huì)輻射出不同頻段的電磁波。因此,要對(duì)星系團(tuán)/群的演化和結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的研究,就離不開(kāi)對(duì)其進(jìn)行多波段的觀測(cè)。本文基于X射線和射電兩個(gè)波段1)研究了星系團(tuán)/群中的二維溫度、豐度結(jié)構(gòu);2)對(duì)以X射線方法測(cè)量星系團(tuán)中并合激波馬赫數(shù)的可靠性進(jìn)行了檢驗(yàn);3)對(duì)中紅移星系團(tuán)和大尺度結(jié)構(gòu)的低頻射電觀測(cè)進(jìn)行了預(yù)演。 一、我們基于Chandra的觀測(cè)數(shù)據(jù),分析了致密星系群HCG 62中的金屬分布。我們對(duì)該群進(jìn)行了二維光譜分析,并在其中心西南方向大約2′(33.6h?701 kpc)處發(fā)現(xiàn)了一個(gè)形狀完整的高豐度的弧狀區(qū)域。該區(qū)域?qū)射線中心的張角達(dá)到了約120?,豐度約為其周圍區(qū)域豐度的2倍。該高豐度弧的內(nèi)側(cè)邊緣部分與群中央西南方向的X射線空洞的外緣重合。通過(guò)研究該區(qū)域內(nèi)的不同金屬元素之間的豐度比,我們發(fā)現(xiàn)Ia型超新星主導(dǎo)了其中鐵元素的增豐。高豐度弧內(nèi)的鐵質(zhì)量約為3×106h7?02 .5M⊙,是該群中央星系歷史上合成的鐵的總量的3%。該高豐度弧的形成原因可能是其中央的AGN活動(dòng),也有可能是由于并合過(guò)程導(dǎo)致。 二、我們對(duì)在星系群NGC 507的Chandra X射線圖像中發(fā)現(xiàn)的銳利弧狀邊緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成因分析。Kraft等人在2004年發(fā)現(xiàn)了這一結(jié)構(gòu),并將其成因歸于弧的內(nèi)外兩側(cè)存在金屬豐度的梯度,從而影響了X射線的發(fā)射系數(shù)。然而,我們注意到Kraft等人在分析方法上存在一些不足,例如1)在他們的光譜分析中未對(duì)投影效應(yīng)進(jìn)行修正;2)他們生成溫度圖的方法是基于X射線硬度比的,而非直接的光譜擬合。這可能會(huì)對(duì)結(jié)果的可靠性帶來(lái)影響。為此,我們重新分析了該星系群的數(shù)據(jù),對(duì)光譜分析中的投影效應(yīng)加以考慮,并采用光譜擬合的方法獲得了二維的溫度和豐度圖。我們發(fā)現(xiàn),盡管在弧內(nèi)側(cè)的金屬豐度確實(shí)高于弧的外側(cè),但從豐度圖上看來(lái),高豐度區(qū)域的分布與弧狀邊緣的位置之間的相關(guān)性較差。而溫度分布卻呈現(xiàn)出與該弧狀邊緣很好的相關(guān)性,弧外側(cè)的溫度在68%的置信度上高于內(nèi)側(cè)。而在光譜分析中考慮投影效應(yīng)后,弧兩側(cè)的溫度差且更為顯著。這些特征都表明這一銳利的弧狀邊緣是一個(gè)冷鋒結(jié)構(gòu)。由此我們得出結(jié)論:在判斷星系團(tuán)/群中的銳利邊緣的性質(zhì)時(shí),不可忽視投影效應(yīng),并且需要輔以二維光譜分析的方法幫助判斷。 三、為了對(duì)星系團(tuán)/群中的非對(duì)稱金屬分布進(jìn)行系統(tǒng)性的研究,我們對(duì)一組包含九個(gè)貧星系團(tuán)和星系群的樣本進(jìn)行了二維的溫度和豐度分布分析。在當(dāng)前的階段,我們首先獲得了這些源的X射線圖像、二維溫度和豐度圖。在下一步的工作中,我們將對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行更加深入的分析。 四、我們研究了以X射線方法獲得星系團(tuán)中激波馬赫數(shù)的可靠性。通過(guò)對(duì)一組由宇宙學(xué)數(shù)值模擬產(chǎn)生的,包含并合激波的星系團(tuán)樣本進(jìn)行虛擬X射線觀測(cè),并采用X射線方法對(duì)這些激波的馬赫數(shù)進(jìn)行測(cè)量,我們發(fā)現(xiàn)X射線方法并不會(huì)顯著高估激波的馬赫數(shù)。 五、我們對(duì)即將實(shí)施的在低頻射電波段對(duì)中紅移的星系團(tuán)和大尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)的工作進(jìn)行了前期預(yù)演。我們計(jì)劃依托位于新疆天山中的“宇宙第一縷曙光”探測(cè)項(xiàng)目(21CMA)的現(xiàn)有設(shè)施,建設(shè)一組工作在400 ? 600 MHz的射電干涉天線,以中性氫21cm線為示蹤劑,探測(cè)中紅移范圍內(nèi)的星系團(tuán)和大尺度結(jié)構(gòu)。我們研究了該射電望遠(yuǎn)鏡的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、天線設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)、天線噪聲計(jì)算和信號(hào)強(qiáng)度的計(jì)算。同時(shí),由于我們將要探測(cè)的信號(hào)的強(qiáng)度極弱,其漲落約為前景漲落的10?5 ?10?4,因此必須找到一種合適的方法將21 cm線信號(hào)從強(qiáng)前景中分離出來(lái)。我們?cè)诖搜芯苛艘延械目鄢熬?提取功率譜的方法,并提出了改進(jìn)的算法。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：P154

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本文編號(hào)：1353192