發(fā)布時間：2017-12-30 03:37

  本文關鍵詞：星系團的多波段觀測　出處：《上海交通大學》2011年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 星系團/群 X射線 并合 化學增豐 數(shù)值模擬 低頻射電觀測

【摘要】：星系團是宇宙中最大的引力束縛系統(tǒng),是構成宇宙大尺度結構的基石。星系群是與之結構類似,但規(guī)模較小的系統(tǒng)。星系團/群內(nèi)的物質(zhì)組成主要包括恒星、氣體和暗物質(zhì)。其中恒星主導了星系團/群在可見光波段的輻射。氣體由于并合以及物質(zhì)吸積過程中引力能的釋放,被加熱到了輻射X射線的溫度。而在星系團/群的并合過程中會產(chǎn)生大量相對論性電子,這些電子在星系團/群的磁場中運動,會產(chǎn)生射電波段的同步輻射。其它的諸多物理過程,例如AGN活動、超新星爆發(fā)等也會輻射出不同頻段的電磁波。因此,要對星系團/群的演化和結構進行全面的研究,就離不開對其進行多波段的觀測。本文基于X射線和射電兩個波段1)研究了星系團/群中的二維溫度、豐度結構;2)對以X射線方法測量星系團中并合激波馬赫數(shù)的可靠性進行了檢驗;3)對中紅移星系團和大尺度結構的低頻射電觀測進行了預演。 一、我們基于Chandra的觀測數(shù)據(jù),分析了致密星系群HCG 62中的金屬分布。我們對該群進行了二維光譜分析,并在其中心西南方向大約2′(33.6h?701 kpc)處發(fā)現(xiàn)了一個形狀完整的高豐度的弧狀區(qū)域。該區(qū)域對X射線中心的張角達到了約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,也有可能是由于并合過程導致。 二、我們對在星系群NGC 507的Chandra X射線圖像中發(fā)現(xiàn)的銳利弧狀邊緣結構進行了成因分析。Kraft等人在2004年發(fā)現(xiàn)了這一結構,并將其成因歸于弧的內(nèi)外兩側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投影效應進行修正;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。這可能會對結果的可靠性帶來影響。為此,我們重新分析了該星系群的數(shù)據(jù),對光譜分析中的投影效應加以考慮,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)側的金屬豐度確實高于弧的外側,但從豐度圖上看來,高豐度區(qū)域的分布與弧狀邊緣的位置之間的相關性較差。而溫度分布卻呈現(xiàn)出與該弧狀邊緣很好的相關性,弧外側的溫度在68%的置信度上高于內(nèi)側。而在光譜分析中考慮投影效應后,弧兩側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冷鋒結構。由此我們得出結論:在判斷星系團/群中的銳利邊緣的性質(zhì)時,不可忽視投影效應,并且需要輔以二維光譜分析的方法幫助判斷。 三、為了對星系團/群中的非對稱金屬分布進行系統(tǒng)性的研究,我們對一組包含九個貧星系團和星系群的樣本進行了二維的溫度和豐度分布分析。在當前的階段,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,我們將對這些數(shù)據(jù)進行更加深入的分析。 四、我們研究了以X射線方法獲得星系團中激波馬赫數(shù)的可靠性。通過對一組由宇宙學數(shù)值模擬產(chǎn)生的,包含并合激波的星系團樣本進行虛擬X射線觀測,并采用X射線方法對這些激波的馬赫數(shù)進行測量,我們發(fā)現(xiàn)X射線方法并不會顯著高估激波的馬赫數(shù)。 五、我們對即將實施的在低頻射電波段對中紅移的星系團和大尺度結構進行探測的工作進行了前期預演。我們計劃依托位于新疆天山中的“宇宙第一縷曙光”探測項目(21CMA)的現(xiàn)有設施,建設一組工作在400 ? 600 MHz的射電干涉天線,以中性氫21cm線為示蹤劑,探測中紅移范圍內(nèi)的星系團和大尺度結構。我們研究了該射電望遠鏡的系統(tǒng)整體設計、天線設計和校準、天線噪聲計算和信號強度的計算。同時,由于我們將要探測的信號的強度極弱,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線信號從強前景中分離出來。我們在此研究了已有的扣除前景,提取功率譜的方法,并提出了改進的算法。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：P154

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