【摘要】： 本論文研究了星系團(tuán)和超大質(zhì)量黑洞中的若干重要的高能天體過(guò)程。星系團(tuán)中維里化的高溫電離氣體中的電子與宇宙微波背景輻射(CMB)光子發(fā)生Compton散射,從而改變CMB的能譜,這種被稱為Sunyaev-Zel’dovich(SZ)效應(yīng)的物理過(guò)程是研究宇宙學(xué)和星系團(tuán)結(jié)構(gòu)與演化的獨(dú)特工具。我們研究了星系團(tuán)中的磁場(chǎng)對(duì)于SZ效應(yīng)的一種修正機(jī)制,稱之為磁SZ效應(yīng)。與經(jīng)典SZ效應(yīng)相比,磁SZ效應(yīng)信號(hào)更強(qiáng),空間分布更陡。結(jié)合X射線輻射和SZ譜觀測(cè),磁SZ效應(yīng)可以限制星系團(tuán)中的磁場(chǎng)強(qiáng)度,如A2163團(tuán)中心磁場(chǎng)為～30μG。我們分析了WMAP衛(wèi)星三年數(shù)據(jù),對(duì)一個(gè)星系團(tuán)樣本找到了10σ顯著性的SZ效應(yīng)信號(hào)。SZ信號(hào)與X射線觀測(cè)的共同數(shù)據(jù)擬合顯示星系團(tuán)內(nèi)熱氣體(ICM)的分布在維里半徑處存在外邊界,這可能是星系團(tuán)外緣存在維里化激波的證據(jù)。我們還確認(rèn)了星系團(tuán)中重子占總物質(zhì)的比例低于宇宙均值。磁SZ效應(yīng)和星系團(tuán)ICM外部邊界的存在將影響利用SZ效應(yīng)測(cè)量宇宙學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)誤差。 星系團(tuán)是研究暗物質(zhì)性質(zhì)的天然實(shí)驗(yàn)室。我們分析了暗物質(zhì)-重子粒子碰撞解釋“冷流”星系團(tuán)中心缺乏過(guò)冷氣體的加熱機(jī)制。星系團(tuán)的觀測(cè)數(shù)據(jù)給出單位質(zhì)量暗物質(zhì)粒子-質(zhì)子碰撞截面上限為σxp/mx～2×10?25 cm2 GeV?1。ICM能量平衡方程的穩(wěn)定性分析證明了暗物質(zhì)-重子粒子碰撞不是“冷流”星系團(tuán)中心的主要加熱機(jī)制。我們計(jì)算了21個(gè)有X射線圖像和能譜高分辨率觀測(cè)數(shù)據(jù)的星系團(tuán)中暗物質(zhì)的等效“溫度”(速度彌散)分布,發(fā)現(xiàn)部分星系團(tuán)的暗物質(zhì)“溫度”低于團(tuán)內(nèi)氣體的溫度,證明星系團(tuán)中存在對(duì)氣體的非引力加熱機(jī)制。 星系中心超大質(zhì)量黑洞的形成問(wèn)題對(duì)于研究星系形成與演化和宇宙再電離具有重要意義。我們首次提出了宇宙早期超大質(zhì)量黑洞通過(guò)對(duì)自相互作用暗物質(zhì)和重子物質(zhì)的兩階段吸積快速形成的機(jī)制,從而解釋了類星體SDSS1148+5251的形成,并預(yù)言了中心有大質(zhì)量黑洞的暗星系的存在。我們建立了類星體HE0450-2958的動(dòng)力學(xué)模型,解釋了其中心黑洞與伴星系星爆活動(dòng)的形成過(guò)程,證明這是一個(gè)由星系高速交會(huì)觸發(fā)的類星體。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：P145.8

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