星系团和团星系热气体的X射线辐射观测研究

发布时间：2017-12-27 03:36

本文关键词：星系团和团星系热气体的X射线辐射观测研究　出处：《中国科学技术大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：在“标准”宇宙学常数冷暗物质(ACDM)宇宙学模型下,宇宙的几何和动力学可由几个简单的参数来确定。在精确宇宙学时代,观测宇宙学的主要任务就是精确测量这些参数。在ACDM中,结构形成是等级成团的,即小质量的天体先形成,然后通过并合和吸积形成更大质量的系统。星系团是宇宙中最大的引力束缚系统,它们的质量函数强烈依赖于宇宙学参数,因此星系团可以做为敏感的宇宙学探针。为了做到这一点,我们需要把质量测量到很高的精度。同时,星系团也为探索其内部多种天体物理过程以及它们对重子物质演化的影响提供了独特的实验室。并且,星系团内部发生的天体物理过程也会影响星系团质量,进而质量函数的测量,最终会影响使用星系团来限制宇宙学参数的精确程度。因此,对星系团中发生的多种天体物理过程的仔细研究对宇宙学和天体物理学都是必要的。本论文主要研究星系团中的两种天体物理过程,子团并合和冲压剥离,并分别讨论了它们对于宇宙学和星系团中重子演化的意义。第2章中,我们研究了从Chandra-Planck遗珍项目中选取的一个并合星系团PLCK G036.7+14.9,而该项目的最终目的是获得Planck早期Sunyaev-Zeldovich(ESZ)星系团样本中的低红移(z0.35)样本的质量函数以限制宇宙学参数。我们高分辨率的X射线观测揭示了两个近邻但又明显分开的子团,G036N和G036S,而它们并没有被先前的ROSAT和光学以及近期的Planck所分辨。光谱分析证实了两个子团在相互作用。根据两个子团相互作用区域之外的形态和面亮度轮廓,核心区域的温度分布,以及一个简化的动力学模型,我们认为并合应该处于早期并且应该主要沿着视线方向。G036N寄宿了一个小的中等强度的冷核,而G036S至多含有一个很弱的冷核；我们认为这一差别不太可能是由并合造成的。G036N还寄宿了一个未分辨的射电源,如果这个射电源是延展的,那它可能在加热G036N核心的气体。Planck得到的SZ质量比任一子团的X射线质量要大,但小于整个系统的X射线质量,这是由Planck没有分辨出两个子团而把整个系统解释为单一星系团造成的。如果类似的系统在Planck ESZ样本中是普遍的,这可能会对质量函数引入显著的偏差。因此,在应用Planck SZ质量函数来限制宇宙学参数前,我们需要对Planck ESZ样本进行高分辨率的X射线观测,以便证认这类系统的比例和改正这一偏差。第3章中,我们对近邻星系团A3627中的晚型星系ESO137-002的气体尾进行了研究。这条气体尾是由冲压剥离形成的,它是星系团环境对团星系具有影响的明显证据。Chandra数据揭示了一条长(40kpc),窄(～3kpc),并具有几乎不变宽度的气体尾。该气体尾具有近似不变的温度,～1keV,但是单温模型给出的金属丰度太低,这反映了气体尾中的气体是多相的。X射线气体尾与星系初始星际介质(ISM)的质量比很小,暗示剥离应该处于早期。对于我们使用的3个不同的模型,气体尾似乎都是“过压”的,这可能是由金属丰度的不确定,热vs.非热X射线辐射,或者星系团内介质(ICM)中的磁压造成的。除了X射线气体尾,ESO137-002还有一条空间上对应于X射线气体尾的Hα气体尾,以及一条次级Hα气体尾。我们详细比较了ESO137-002和ESO137-001的气体尾,而后者在我们之前的工作中做了研究,并与数值模拟做了对比。我们发现两个星系的气体尾存在相同点与不同点,而现有的数值模拟在定量解释这些观测结果上存在困难。这条气体尾的发现为研究冲压剥离过程提供了新的观测限制并为研究重子物理过程提供了一种新的环境。第4章中,我们简要讨论了我们关于原星系团中恒星质量比例的试探性工作。我们从文献中选出了可以获得或估计恒星质量和总质量的10个原星系团,估算了它们的恒星质量比例以及恒星质量密度。我们发现其中7个原星系团的恒星质量比例远远小于近邻相同质量星系团的恒星质量比例。通过比较它们与大样本巡天给出的恒星质量密度,我们认为它们很低的恒星质量比例应该是真实的。另外3个原星系团的恒星质量比例与近邻相同质量星系团的恒星质量比例相符。这或者是因为它们的总质量比恒星质量低估得更严重,或者是因为它们的恒星形成得更早。我们的结果暗示星系对近邻星系团中ICM的质量贡献非常小,ICM的主要来源应该是原初气体。
[Abstract]:Under the "standard" cosmological constant cold dark matter (ACDM) cosmological model, the geometry and dynamics of the universe can be determined by several simple parameters. In the era of exact cosmology, the main task of observational cosmology is to measure these parameters accurately. In ACDM, the structure is formed in a hierarchical form, that is, the small mass of the celestial body is formed first, and then forms a system of greater mass by combining and accretion. The galaxy cluster is the largest gravitational restraint system in the universe. Their mass function strongly depends on the cosmological parameters. Therefore, galaxy clusters can be used as sensitive cosmological probes. In order to do this, we need to measure the quality to a high precision. At the same time, the cluster also provides a unique laboratory for exploring a variety of astrophysical processes within it and their impact on the evolution of baryons. Moreover, the astrophysical processes occurring within the galaxy cluster will also affect the mass of galaxy clusters, and the measurement of the mass function will ultimately affect the accuracy of the galaxy clusters to limit the cosmological parameters. Therefore, the careful study of a variety of astrophysical processes occurring in the cluster is necessary for cosmology and astrophysics. This paper is mainly concerned with two Astrophysical Processes in galaxy cluster, sub cluster coalescence and press stripping, and their significance for baryon evolution in cosmology and cluster is discussed respectively.
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P157.8;P172.2

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