宇宙中物质分布不均匀性的观测特征

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宇宙中物质分布在极大尺度上是均匀且各向同性的,但是这在(≦)100h-1Mpc尺度上不再成立,在较小尺度上宇宙中物质分布是不均匀的,物质分布的不均匀性与宇宙的形成和演化密切相关,对宇宙中物质不均匀分布的研究能帮助我们理解宇宙学模型并对其做出有力的限制。随着现代巡天项目的发展,超大样本容量的数据库极大的提升了针对物质分布特性的研究,研究工作已经从早期的粗糙测量逐步进入到现在的精确宇宙学时代。在本文的工作中,我们集中讨论宇宙物质分布不均匀性的两个主要观测特征:重子声波振荡和星系的本动速度。  重子声波振荡的观测效应主要是在~105 h-1Mpc尺度上造成重子物质分布的密度超出,在两点相关函数上表现为在该尺度上出现一个鼓包。因为这个信号出现在固定的尺度上,所以我们可以把它当做标准尺来研究宇宙学模型。目前利用星系样本对重子声波振荡的研究已经取得了非常好的效果,但是使用星系团作为示踪天体的研究才刚刚起步。  本动速度则描述了由于不均匀分布的物质产生的引力对星系运动速度的影响,通过对几千个星系的本动速度求平均值,我们可以探测整体流,整体流的大小可以用来验证宇宙学模型。目前对整体流大小的测量结果还有着很大的分歧。  在本文的第一章中,首先简要回顾对宇宙物质分布特性的观测历史,随后详细介绍重子声波振荡和本动速度的理论基础以及观测现状。  在第二章中,我们从WHL星系团表[201]中选取了13,904个红移范围0.05<z≤0.40的星系团,计算了该样本的两点相关函数。我们发现,在10 h-1Mpc≤r≤50 h-1Mpc的小尺度范围上,相关函数可以用幂率模型ξ(r)=(r/R0)-γ来拟合,同时相关尺度R0与星系团的富度相关,对于星系团富度R≥15的样本,得到的相关尺度R0=18.84±0.27 h-1Mpc,而对于富度R≥5的样本,拟合所得的相关尺度则相对较小R0=16.15±0.13 h-1Mpc。但不同富度的星系团样本却给出了基本一致的幂指数γ=2.1。在相关函数r~110 h-1Mpc处,我们找到了一个明显的BAO信号,该信号的发现置信度为1.9σ。通过对20 h-1Mpc≤r≤200 h-1Mpc范围上相关函数使用ΛCDM模型进行拟合,我们对距离参数作出了测量,结果为Dv(0.276)=1077±55(1σ) Mpc以及h=0.73±0.039(1σ),与WMAP7年数据的结果相一致。但是,我们从星系团样本探测到的BAO信号比ΛCDM模型预言的幅度要更高,这造成了我们所测量到的物质密度要比WMAP7年数据的低3σ以上,我们测量得到Ωmh2=0.093±0.0077(1σ)。  2MASS Tully-Fisher巡天(2MTF)测量了近域宇宙(local Universe)中所有明亮的倾斜旋涡星系的高质量中性氢谱线,并且结合2MASS的测光数据利用近红外波段Tully-Fisher(TF)关系计算了这些星系的本动速度。由于使用了近红外波段的测光数据,所以相比以前类似的巡天项目,2MTF在低银纬天区有着更好的天区覆盖,为本动速度研究提供了更为可靠的样本。在第三章中我们介绍了2MTF巡天的选源标准和基本概况,并且对其在南天部分的中性氢观测做了着重介绍。在赤纬δ≤-40°的天区中,我们用澳大利亚Parkes64米射电望远镜观测了303个2MTF目标星系,这些星系是从2MRS(2MASS RedshiftSurvey)星表中按照Ks<11.25mag,cz<10,000 km s-1以及轴比b/a<0.5的标准选取的,在这303个目标星系中,我们观测得到了152个高信噪比的中性氢谱线。我们对这152个谱线的宽度、中心速度等参数进行了测量,其中有148个谱线的宽度测量误差<5%。在第四章中,我们对完整的2MTF样本进行了分析,得到了2,018个星系的TF距离和本动速度测量数据。随后,使用最小x2法结合高斯型窗口函数对三个近红外波段本动速度样本的整体流速度分别进行了拟合。我们还将K、H和J波段的数据整合在一起形成“融合样本”,对这个样本同样进行了最小x2拟合,我们在20 h-1Mpc,30 h-1Mpc和40 h-1Mpc深度上对整体流的测量结果分别为V=260.6±50.5 km s-1,V=214.7±25.8 kms-1以及V=284.5±34.1 km s-1,这些结果都在1σ的置信度上与ΛCDM模型的预言符合。在这三个深度上得到的整体流指向也与前人所得结果一致。  最后,在第五章我们对本文所做工作进行总结,并且对未来的工作方向进行展望。
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