星系和星系团中热气体的数值模拟研究

发布时间：2022-12-22 02:51

　　宇宙中无论是星系团还是星系中都存在着大量的热（其辐射主要在X射线波段）气体,因此研究这些热气体的性质有着重要的意义。首先,对于星系团,X射线观测（包括Chandra以及XMM-Newton等）表明大量弥散于星系团中的热气体其性质（如温度、密度等）随着离星系团中心的半径而变化。故热传导对于这样的系统的演化可能有着非常重要的作用,但是由于星系际介质（ICM）中湍流以及磁场的存在,导致理论上对热传导效率的限制变得非常困难。前人的研究表明星系团外区表现出的负温度梯度的性质可能会使得磁热不稳定性（MTI）在这些区域快速增长起来,从而驱动磁力线在外区主要沿着径向方向（r方向）,进而极大提高径向的热传导效率。利用一系列球对称的数值模拟,我们研究了三个大质量星系团中热传导对其外区温度分布的影响,发现热传导极大地改变星系际介质的温度轮廓。在演化的3 Gyr时间内,处于半径0.3r500位置处的气体温度下降了 10%-20%（r500定义是在当地红移处在r500内包含的物质平均密度是宇宙的平均密度的500倍）,并且处于0.3r500和r500之间的平均温度斜率下降了 30%-40%,这表明在我们讨论的热传... 

【文章页数】：90 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 星系际介质和热气体晕的观测
    1.2 星系团中热气体的热传导效率
        1.2.1 不稳定性对于气体热传导的影响
        1.2.2 Kinetic mirror以及Whistler不稳定性对于热传导效率的影响
    1.3 银河系热气体晕的研究现状
        1.3.1 热气体晕的观测证据
        1.3.2 热气体晕的数值模拟工作
    1.4 星系中的重子物质丢失问题(missing baryons problem)简介
    1.5 冷却流问题(cooling flow problem)简介
    1.6 关于本文
第2章 流体数值模拟方法(Hydrodynamic Numerical Simula-tion)
    2.1 流体数值模拟的相关内容
    2.2 ZEUS程序简介
    2.3 边界条件和初始条件的讨论
第3章 星系团热传导效率的研究
    3.1 星系团的模型介绍
        3.1.1 基本方程
        3.1.2 热传导模型
        3.1.3 初始条件以及引力势
        3.1.4 模拟的设置
    3.2 模拟的结果
    3.3 ICM温度演化背后的物理
    3.4 应用和讨论
    3.5 小结
第4章 银河系热气体晕的冷却流问题
    4.1 方法
        4.1.1 基本方程
        4.1.2 银河系的引力势
        4.1.3 我们的热气体晕模型
        4.1.4 模拟的设置
        4.1.5 初始条件
    4.2 模拟结果
        4.2.1 基准模型的冷却流
        4.2.2 气体晕质量的影响
        4.2.3 气体密度分布的影响
        4.2.4 气体金属丰度的影响
        4.2.5 星系盘和核的影响
    4.3 与其他模型的比较
    4.4 总结与讨论
第5章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果



本文编号：3723296