宇宙大尺度结构星系分布与虚拟天文台环境下数据统一访问的研究

发布时间：2020-02-24 22:40

【摘要】：本学位论文主要包括三个方面的研究：重子声波振荡的红移畸变效应、星系大尺度红移巡天样本的选取、虚拟天文台环境下异地异构天文数据联合访问系统的任务调度研究。前二者属于天文学的科学理论研究,而后者旨在创建一个数据密集型网络化天文研究平台,属于信息技术与天文数据交叉领域的研究。 红移畸变是一种观测效应,由于星系的本动速度,导致求算距离存在偏差,距离上的偏差将直接影响星系的成团性。在大尺度上红移畸变呈现一种压扁的线性效应,而在小尺度上它却呈现一种翻转拉伸的非线性效应。这两种效应在星系的两点相关函数上可以清晰看到。关于这两种效应如何影响大尺度结构的观测,特别是重子声波振荡,论文分别从解析理论、模拟和实测三个角度展开研究,并对模拟和实测结果进行了对比分析。、首先从红移畸变的线性理论出发,分别求算了视线方向、垂直视线方向以及全角平均上的相关函数,并且推算了三维、二维以及一维情况下相关函数的协方差。解析研究表明：在视线方向上,红移畸变的线性效应对重子声波的峰值信号有一种锐化放大效应,但同时畸变效应会将视线方向上的相关函数推向负值区域。在远离视线的方向上这种锐化放大效应有消弱的趋势,在垂直视线方向上锐化放大的效应最弱,同时将相关函数推向更高的正值区。由此可见,红移畸变的线性效应有利于测量视线方向上的重子声波振荡。接着本文通过两种模拟样本的分析对解析理论上的发现进行了验证,一种样本是Millennium模拟(简称MS),它的体积较小(尺寸为500Mpc/h),但分辨率较高(大约2Mpc/h的分辨率)。另外一种样本是一套基于particle-mesh(简称PM)算法生成的100个暗物质模拟样本,这种样本的体积较大(尺寸为1024Mpc/h),但分辨率较低(约4Mpc/h的分辨率)。对于这两种模拟样本,本文利用切片的方法,分别求算出了它们在实空间和红移空间两种情况下的二维相关函数。对比发现,红移畸变的线性效应的确锐化重子声波振荡的峰值信号,而红移畸变的非线性效应会模糊相关函数上的结构特征,甚至在远离视线方向也是如此。这意味着有效地消除红移畸变的非线性效应,对BAO的测量非常重要。从误差上来看,视线方向上的相关函数相对全角平均情况下误差略微变小。最后对SDSS DR7的主星系样本(MGS)的观测数据进行了分析,将该实测样本分割成660个厚2.5度的切片,通过分析二维相关函数,我们在视线方向上探测到了明显的峰值信号。通过Mexican-hat小波变换估算出该信号的显著水平(significance)约为4.0σ。然而在大约170Mpc/h的地方同时出现了一个明显的意外峰值信号,研究发现该峰值信号来自于含有"Great Wall"高密度区,通过剔除"Great Wall"可以有效消除该意外的峰值信号。 宇宙大尺度结构的成团性分析误差反比于巡天体积的平方根。要获得更精确的信号必须拓展更大更深的巡天,我国建造的4米级光纤光谱望远镜LAMOST的河外星系巡天就是这样一种红移巡天。LAMOST在进行正式巡天之前,需要根据科学目标挑选出巡天样本。本文第二部分主要研究LAMOST星系巡天的特色星系选源的问题。目前普遍认为研究大尺度结构有两种理想的探针,分别为亮红星系和发射线星系。本文分别从4000A的跳变和912A的Lyman跳变两种技术出发,详细讨论了根据颜色和流量限制来挑选高红移亮红星系和发射线星系的方法,并根据这些方法为LAMOST挑选了几种测试样本。通过对Hubble分类中的七类星系进行大量光谱合成模拟发现,星系随着年龄的增长,光谱上4000A的跳变会越来越明显,912A的Lyman跳变越来越弱,在E型或S0型(两类星系SED非常接近)Lyman跳变最弱；相反,随着年龄的减小,Lyman跳变越来越强,4000A跳变越来越弱,Im型星系的Lyman跳变最强,但是其4000A的跳变尚清晰可见。根据上述的结论,年老的亮红星系的选择,4000A的跳变技术是一种有效的方法,Lyman跳变技术几乎不可用；而对于高红移的发射线星系,Lyman跳变技术是一种有效的方法,但对于0.5z1.0的发射线星系的选择,Lyman跳变技术必须基于UV波段的测光数据,地面上的望远镜无法提供UV波段的数据,只能通过太空望远镜获取,代价较高。在Lyman跳变技术无法使用的情况下,如没有UV波段的数据时,4000A跳变也可以作为挑选发射线星系的方法。 多波段上望远镜口径的不断提升、CCD和光纤技术的普遍应用将全球的天文事业带入了数据富裕的时代。然而,天文信息爆炸式的增长又为数据的存储、访问、计算等能力不断带来新的挑战。虚拟天文台是顺乎时代要求而被提出的,它尝试基于先进的IT技术将全球的数据资源和计算资源无缝透明地汇聚于天文学家的指尖。异地异构海量数据的联合访问是虚拟天文台近年来的核心问题之一。为解决该问题,中国虚拟天文台团队自己设计并开发出了一套数据访问系统(简称VO-DAS),该系统是一个由多个模块组合而成的复杂系统。本人主要参与了VO-DAS任务调度的设计与实现工作,论文第三个主题围绕该工作展开研究。分别讨论了基于WSRF的任务调度逻辑、Session机制、生命周期的控制等问题。反复试验表明,WSRF框架可以有效实现VO-DAS的任务调度需求。论文最后还对VO-DAS将来功能扩展问题做了详细的讨论,主要提供了三种方法,每种方法各有自己的优点和缺点,最后我们认为根据不同的功能,采用不同的方法是一种最佳的功能扩展方案。
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P152

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本文编号：2582549