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多体模拟星系团中的强引力透镜现象

李国亮  
【摘要】:本文重点讨论了强引力透镜在N体数值模拟中的应用。相比于早期解析形式的透镜模型,N体数值模拟给出的物质分布更加复杂,透镜的各种性质必须要通过数值计算给出。如何利用数值模拟给出的离散粒子,重建一个可信的、低噪音的面密度投影是基于N体数值模拟的引力透镜研究面临的第一个问题。为了解决这个问题,我们提出了一种基于三维SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)内核函数的SI(scatter and integrate)面密度算法。首先用蒙特—卡罗模拟一个均匀体分布和等温椭球分布来进行算法的误差分析。随后讨论了一个真实的N体数值模拟的星系团里的子结构和噪音对强引力透镜的影响。我们用Bradac等人2004年的工作结果作为比较,来说明我们算法的优越性。结果显示,强引力透镜过程、特别是其中的高阶奇异行为是一个复杂的过程,高阶奇异行为不单受子结构的影响;面密度上的噪音水平、非引力绑定的物质流、透镜本身的性质、透镜所处的环境同样是相当敏感的参量。 利用一个ΛCDM模型下的大尺度N体数值模拟,我们研究了不同质量星系团对应的透镜巨弧的发生截面,进而得出星系团透镜巨弧的发生概率。背景源分布在红移0.6到7.0之间,轴比随机分布在0.5~1,轴比为1的源的直径取1.0″并令所有的源的面积保持相等。缩小源的有效直径到0.5″大约能使巨弧的发生概率提高50%。最可几的透镜红移随源的红移的增高而增高,对于长宽比L/W>10的像,当z_s=1.0时,最可几的透镜红移在0.3,而当z_s=2.0时,最可几透镜红移在0.5。透镜的光深随源的红移有显著的抬升这与Wambsganss et al.(2004)相符和,但是绝对值仅为他们的结果10%~20%,而且同其他人的结果相比我们结果也总是偏低,这可以用不同的N体数值模拟参数以及像的形状分析方法来很好地解释。我们还统计了HMUs(highly magnified (and “undistorted” images)的统计概率,发现对于由放大率|μ|>10和长宽比L/W<3定义的HMUs的数目跟|μ|>10,L/W>10的巨弧的数目是可比的。最终的结果显示,虽然现在的观测和理论上还有很多的不确定性,但是理论预言的巨弧数目看起来总是低于实际观测。 WMAP(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)第三年的观测结果与当前流行的宇宙学参数有很大的差距,主要体现在物质密度Ω_(m,0)和原初物质密度


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