宇宙密度場再構造和星系與暗暈的環境依賴

《宇宙密度場再構造和星系與暗暈的環境依賴》是依託中國科學技術大學，由王慧元擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：宇宙密度場再構造和星系與暗暈的環境依賴
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王慧元
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

我們被認為生活在一個暗物質主導的平坦宇宙里，而星系形成於高密度暗物質暈的引力勢阱當中。這一星系形成理論已經成功解釋了許多觀測現象，不過我們對其中的基本重子物理機制仍所知有限。尤其是，最近的觀測與理論研究均顯示大尺度環境對於暗物質暈以及星系的形成有著重要的影響。這一作用機制的物理本質仍然不清楚，並沒有被套用到星系形成的理論中去，亟待深入開展研究。申請人已經成功發展出利用星系群（團）再構造宇宙密度場的方法。我們計畫利用觀測（SDSS）中的星系群（團）樣本構造精度較高的真實臨近宇宙的物質密度場。我們將基於這一密度場給出大尺度環境的定義，例如纖維狀機構，空洞等，並考察真實宇宙中星系以及星系際介質屬性對大尺度環境的依賴現象。然後結合N體模擬中暗暈的環境依賴研究，系統的理解星系的環境依賴現象中所蘊含的重子物理過程，為限制和發展星系形成模型提供重要的信息。

結題摘要

我們發展了利用星系群/團樣本構造近鄰宇宙（SDSS天區）的速度場和潮汐力場的方法，並用星系Mock樣本（考慮了SDSS的天區幾何和選擇效應以及星系群構造算法的誤差）測試方法的可靠性。測試顯示在2Mpc/h光滑尺度上，這一方法可以成功的構造巡天體積內部66%體積內的速度和潮汐力場。構造出來的潮汐場可以用來定義不同類型的大尺度結構：cluster, filament, sheet和void。利用構造出的潮汐場的特徵矢量，我們檢查了星系指向和大尺度物質分布的成協性。我們發現filament星系的主軸傾向於平行於filament，而sheet星系的主軸傾向於平行於sheet的平面方向。並且紅色的中央星系的成協強度最大，和暗物質暈的結果一致。我們還發現潮汐場最小特徵值對應的特徵向量也和星系主軸成協。這些結果表明星系形成過程受到大尺度環境的影響。為了進一步了解近鄰宇宙及星系的形成與演化，我們發展了一個Hamiltonian Markov Chain Monte Carlo方法來構造近鄰宇宙的初始條件。這一方法可以從一個posterior幾率分布中把初始線性密度場構造出來。這一posterior幾率分布包含兩部分，一個prior項：即線性密度場須滿足的多高斯分布函式；一個似然（likelihood）項:構造自給定的鄰近宇宙密度場。給定密度場可以由星系紅移巡天構造出來。Mock樣本的檢驗表明這一方法可以有效而精確的再現線性密度場的幅度和相位。我們用N-body程式把這一初始密度場演化到今天，發現再模擬的密度場和真實的密度場在很大的密度範圍內沒有任何系統性偏差。並且兩個密度場的相位空間在k＜1 h/Mpc尺度上都高度一致。要研究星系的環境效應，我們必須首先了解暗暈環境效應的起源。基於一組高解析度數值模擬，我們發現給定質量暗暈的屬性（年齡、自旋、形狀和子結構）顯著依賴於環境，但是依賴方式不盡相同。高密度環境不僅提供更多的物質以供吸積，同時也是潮汐力更大的地方，這同時會抑制吸積的效率。我們建議這一系列暗暈對環境的依賴現象是這兩種機制相互競爭的結果。