【摘要】：本文針對(duì)當(dāng)前宇宙學(xué)數(shù)值模擬中，在研究暗物質(zhì)暈密度輪廓等已經(jīng)進(jìn)入非線性演化階段的小尺度結(jié)構(gòu)時(shí)，由于質(zhì)量分辨率所帶來(lái)的一個(gè)物理偏差進(jìn)行分析。這里我們參照星系動(dòng)力學(xué)中對(duì)球狀星團(tuán)的討論，分析它對(duì)數(shù)值模擬中可能受到的此偏差帶來(lái)的影響。 第一章首先介紹了宇宙學(xué)中暗物質(zhì)被觀測(cè)到存在的證據(jù)，及粒子物理中的暗物質(zhì)粒子候選者。然后介紹了隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法被日益廣泛地在許多天體研究中得到的應(yīng)用：大尺度宇宙學(xué)數(shù)值模擬中取得了很好的成果，而在小尺度方面則結(jié)果顯示跟觀測(cè)有一些不符(the“cusp problem”“substructure problem”)并引起人們的許多爭(zhēng)論。這里我們簡(jiǎn)單介紹了當(dāng)代數(shù)值模擬中所用的粒子數(shù)，軟化因子以及有限時(shí)間步長(zhǎng)等計(jì)算方法等等，并在最后提出了我們關(guān)心的問(wèn)題：the AE bias的定義與及其是否會(huì)對(duì)宇宙學(xué)模擬帶來(lái)影響。 第二章主要討論在微尺度上AE bias給系統(tǒng)帶來(lái)的影響。首先介紹了宇宙中可觀測(cè)的另一類純引力相互作用多粒子系統(tǒng)：維理化的恒星系統(tǒng)，如球狀星團(tuán)，橢圓星系與漩渦星系的核心區(qū)。然后介紹了直接討論它們的宏觀統(tǒng)計(jì)特性的現(xiàn)有理論模型。然后我們對(duì)比關(guān)于球狀星團(tuán)的動(dòng)力學(xué)分析理論，從微尺度分析討論了這類模擬系統(tǒng)與暗物質(zhì)暈的一種重要區(qū)別：它們所受的two-body relaxation的影響： ·估算單粒子在系統(tǒng)中的平均自由程L_s與馳豫時(shí)標(biāo)t_(relax)，發(fā)現(xiàn)AEbias能使兩者都大為縮短，并且使t_(relax)小于宇宙學(xué)時(shí)標(biāo)，從而使得two-body relaxation效應(yīng)影響不可忽略。 ·估算了對(duì)單粒子的等效散射截面，發(fā)現(xiàn)這個(gè)AE bias引入的σ_(AE)已經(jīng)稍小于SIDM模型所需并已不可忽略。 ·利用靜態(tài)勢(shì)場(chǎng)下E_i應(yīng)為運(yùn)動(dòng)積分以及球?qū)ΨQ勢(shì)場(chǎng)下L_i應(yīng)為運(yùn)動(dòng)積分，設(shè)計(jì)數(shù)值實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)數(shù)值模擬中系統(tǒng)所受two-body relaxation效應(yīng)的影響。結(jié)果顯示，粒子的這兩個(gè)參量都不再是運(yùn)動(dòng)積分，單粒子的軌道會(huì)很快對(duì)初始條件失去記憶。系統(tǒng)的這一點(diǎn)微尺度特性更象球狀星團(tuán)。 ·我們通過(guò)一個(gè)toy model的模擬結(jié)果，直接顯示了這里的two-body
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：P172
【圖文】：

述結(jié)果告訴我們的是所有物質(zhì)的密度比例.而通過(guò)原初核合成模型，根據(jù)觀測(cè)得到的幾大重子元素的比例，可以確定出宇宙中的重子物質(zhì)密度.從圖1一2可以根據(jù)觀測(cè)到的幾種輕元素的豐度及比例來(lái)確定出宇宙中重子物質(zhì)密度為:0.017<幾B礦<0.025.而暴漲模型預(yù)言宇宙中幾A+幾。=1，由星系團(tuán)動(dòng)力學(xué)方法得到的結(jié)果也告訴我們總物質(zhì)密度幾二)0.2比較前面這些觀測(cè)事實(shí)，我們就可以得知宇宙中不參與電磁相互作用的暗物質(zhì)粒子占了很大比例.61.1.3暗物質(zhì)粒子的候選者盡管當(dāng)前人們通過(guò)天文觀測(cè)，己經(jīng)有許許多多的證據(jù)通過(guò)動(dòng)力學(xué)證明暗物質(zhì)的存在，但是人們?cè)诹Ｗ游锢碇袑?duì)于這些暗物質(zhì)的性質(zhì)卻幾乎一無(wú)所知.這是因?yàn)檫@些不參與電磁相互作用的粒子很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn).在粒子物理中人們習(xí)慣把暗物質(zhì)分成熱暗物質(zhì)和冷暗物質(zhì)兩類.其中熱暗物質(zhì)粒子質(zhì)量較小，主要候選者是有質(zhì)量中微子等.由于它們的粒子速度彌散大，不易形3

.宇宙中的暗物質(zhì)與現(xiàn)代宇宙學(xué)研究中的N一BODY數(shù)值模擬方法圖1一2:由原初核合成理論，可以預(yù)言宇宙中4He，D，3He和7L、等元素(相對(duì)于氫元素)隨重子物質(zhì)總密度的函數(shù).并可以通過(guò)觀測(cè)它們的比例來(lái)確定重子密度.S(ubriSarkar2002)!85}限制其取值范圍，人們可以定出宇宙中的物質(zhì)密度比例.(見(jiàn)后面圖所示).上述結(jié)果告訴我們的是所有物質(zhì)的密度比例.而通過(guò)原初核合成模型，根據(jù)觀測(cè)得到的幾大重子元素的比例，可以確定出宇宙中的重子物質(zhì)密度.從圖1一2可以根據(jù)觀測(cè)到的幾種輕元素的豐度及比例來(lái)確定出宇宙中重子物質(zhì)密度為:0.017<幾B礦<0.025.而暴漲模型預(yù)言宇宙中幾A+幾。=1，由星系團(tuán)動(dòng)力學(xué)方法得到的結(jié)果也告訴我們總物質(zhì)密度幾二)0.2比較前面這些觀測(cè)事實(shí)

速度坐標(biāo)來(lái)刻畫(huà)一個(gè)星系的整體運(yùn)動(dòng)。而對(duì)于宇宙中大尺度結(jié)構(gòu)的形成和演化，基于ACDM宇宙學(xué)模型的研究則跟觀測(cè)在許多方面符合一致。圖1一6顯示的就是通過(guò)觀測(cè)，oI型超新星爆發(fā)，微波背景輻射的各向異性和星系成團(tuán)特性來(lái)限制宇宙學(xué)參數(shù)取值范圍的結(jié)果.雖然ACDM模型在大尺度上取得了巨大的成功，但是在星系，星系團(tuán)等小尺度上，數(shù)值模擬的結(jié)果卻有一些與跟觀測(cè)不符之處:61.2.3‘】‘尺度上的”euspproblem，，由于星系動(dòng)力學(xué)中理論分析的困難，從最初的冷暗物質(zhì)模型hgih-reso一utionsirnulatio:，得以實(shí)現(xiàn)(e.g.Dubinski&Carlberg1991)

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