星系团动力学状态及射电辐射的研究

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星系团是宇宙中最大的自引力束缚系统。它们的质量一般为1014~15M☉,其中成员星系占3~5%,团内介质占15~17%,剩下的大部分为不可见的暗物质。可在多个波段(光学、X射线、毫米波和射电波)观测研究星系团,其中射电波段的研究在最近几年有很大的进展,它们能够反映星系团的一些独特性质。星系团内的射电源包括射电星系和不与特定星系成协的大尺度弥漫射电源。弥漫射电源根据它们的观测特征又可以分为射电晕、射电遗迹和小型射电晕,它们表明星系团内弥漫着相对论电子和磁场。最亮团星系是星系团众多成员星系中极为特殊的一个,它质量最大,通常位于星系团中心,它的射电辐射可以体现中心超大质量黑洞的活动性以及星系团的环境对它的影响。在本论文中搜集了已发布的射电数据,并利用X射线、光学数据计算了星系团的动力学参数。在前人研究基础上,进一步系统地研究了弥漫射电源的射电功率与星系团性质的定量关系,以及最亮团星系的射电辐射性质与其它参数的相关关系。  在第一章中介绍了星系团的研究背景。首先介绍了星系团在光学、X射线、毫米波以及射电波段的观测特征、研究历史及进展。随后专门地介绍了星系团内射电晕、射电遗迹、小型射电晕以及射电星系的研究背景。最后介绍了星系团动力学状态的研究以及四种动力学参数的计算方法。  在第二章中研究了星系团的弥漫射电辐射。过去的研究表明星系团的弥漫射电辐射功率与它们的质量有良好的相关关系。射电晕和射电遗迹一般存在于并合星系团中,而小型射电晕通常位于冷核星系团中。这些研究仅定性地考虑了星系团动力学状态对弥漫射电辐射的影响,而无定量的相关关系。搜集了100个弥漫射电源及其所在星系团的观测数据,得到了41个射电晕、40个射电遗迹以及19个小型射电晕在325MHz、610MHz和1.4GHz处的射电功率,并计算了相关星系团的动力学参数。研究了射电晕、射电遗迹和小型射电晕的动力学参数分布,发现小型射电晕相比射电晕和射电遗迹存在于更加弛豫的星系团中。通过比较弥漫射电源的二维相关关系,发现弥漫射电源的射电功率与星系团质量参数有较好的相关,其中X射线光度和射电功率的相关关系弥散最小。最后在三维参数空间内搜寻最优相关关系得到了弥漫射电源的基本面,发现动力学参数的引入能够显著减小弥漫射电源相关关系的弥散,其中光学弛豫参数能够最显著地减小射电晕和射电遗迹的数据弥散,X射线图像功率比可以最大程度减小小型射电晕的数据弥散。的结果支持了弥漫射电源的相对论电子(再)加速模型。  最亮团星系射电辐射的性质特征和影响因素还不是很清楚。在第三章中基于目前最大的光学星系团样本以及NVSS和FIRST巡天数据证认了7,138个射电辐射最亮团星系,这个样本是过去最大样本的三倍。仔细研究了最亮团星系的射电功率和射电噪比率与其自身的光谱特征、质量参数以及所在星系团的质量参数和动力学状态之间的关系。发现射电辐射功率越大的最亮团星系倾向于有更大的光度且位于大质量星系团中。基于大样本射电辐射最亮团星系数据准确地构建了最亮团星系的射电光度函数。发现最亮团星系的空间分布没有明显的红移演化。最亮团星系的射电光度函数受到它们的光学光度以及星系团动力学状态的显著影响。的工作表明最亮团星系的射电辐射过程与其自身以及周围环境的性质紧密相关,这与前人的结果一致。  在第四章介绍了已经开展的弥漫射电源搜寻工作。基于大样本的光学和射电数据找到了一批弥漫射电源候选体。使用GMRT完成了对两个候选体的观测,目前正在处理观测数据。  在第五章介绍了正在开展的星系团动力学研究的工作进展。基于光学星系团样本和Chandra以及XMM-Newton数据得到了约400个同时包含高质量光学和X射线观测数据的星系团。完成了176个Chandra星系团的X射线图像处理并计算了它们的动力学参数。基于这些数据发现X射线动力学参数之间有良好的相关,光学和X射线动力学参数也有良好的相关,但弥散程度更大。接下来将完成XMM-Newton数据的处理,并继续研究动力学参数与星系团其它性质之间的关系。  最后在第六章总结本论文中的工作并展望了将要开展的工作。
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