宇宙大尺度结构的Log-Poisson非高斯性

摘要

在这篇论文中，我们研究了宇宙中性氢物质密度场和类星体Lya吸收谱的发射流量的log-Poisson等级结构模型。最近的研究发现，在尺度范围从非线性演化到扩散尺度，宇宙重子物质的速度场和物质密度能够由She-Leveque's尺度方程很好的描述，而S-L方程又来自于log-Poisson等级结构。由于宇宙中电离氢和总氢的物质密度比在空间中并非均匀统一的，中性氢成分的物质密度场不再显示出与整体重子流物质完全相同的图象。然而，我们的研究显示，利用ACDM宇宙流体力学模拟样本所得到的结果，证实中性氢物质密度场仍然能够很好的由log-Poisson等级结构模型描述。
　　 接着，我们研究了类星体Lya吸收谱发射流量场。由于红移畸变效应，Lya发射流量扰动不再能显示所有log-Poisson等级结构特性。但是，一些由log-Poisson等级结构预言的非高斯特性不受到红移畸变的影响。我们首先利用红移在2.5处的高分辨率高信噪比的类星体Lya吸收谱来验证这些预言。所有的由观测数据给出的结果，包括β级结构，高阶变量和尺度-尺度相关都可以很好的与log-Poisson等级结构模型的预言相符合。
　　 我们同样研究了在红移尺度z～5-6的IGM的非高斯特性，使用的样本依然为ACDM宇宙流体力学模拟样本，和类星体Lya吸收谱观测样本。我们的研究显示无论是中性氢的物质密度场，还是Lya吸收谱发射流量扰动场都具有相同的，由log-Poisson等级结构模型预言的非高斯特性。这一非高斯特性依赖两个无量纲参数β和γ，它们分别代表了随机场的间歇性和独立性。我们发现从红移范围z=4.9到z=6.3的类星体Lya发射流量的非高新特性可以由统一宇宙UV背景下的流体力学模拟样本重建。虽然Gunn-Peterson光深及其方差在这一范围内经历了强烈的演化，但随机场间歇性，即参数β的值在红移范围5-6内则几乎不依赖于红移。更有趣的是，与之前的研究相比较，我们发现类星体Lya吸收谱的间歇性在物理尺度0.1-1 h-lMpc在红移5-6内，与在物理尺度l-10h-lMpc内在红移2-4内的间歇性相同。考虑到金斯尺度在z～5时小于0.1h-1Mpc，而在红移z～2的时候约为1h-1Mpc，所有的结果显示，在高红移和低红移的非线性演化将导致宇宙重子流的状态类似于一个由log-Poisson等级结构产生的完全发展的湍流。
　　 我们利用Lya发射流量样本比较了log-Poisson等级结构模型和被广泛熟知的log-normal模型。后者被发现在高阶的时候产生了过强的非高斯性，而log-Poisson等级结构模型能够很好的符合观测数据。Log-Poisson非高斯特性总体来说对宇宙UV背景的不均匀性敏感。虽然现有的高红移类星体光谱样本还只是中等分辨率的，我们仍然发现Lya吸收谱发射流量所得到的结果并不青睐于非均匀的宇宙UV背景。

目录

文摘

英文文摘

图表目录

第1章 介绍

第2章 非高斯性定义一一间歇指数

2.1 引言

2.2 间歇场的基本特性

2.2.1 本地密度差

2.2.2 间歇指数

2.3 DWT多分辨分析

2.3.1 离散小波变换

2.3.2 用DWT描写间歇指数

第3章 样本及数据处理

3.1 Lya系统

3.2 观测数据

3.3 数据处理

3.4 间歇性分析

3.5 模拟数据

第4章 Log-Possion非高斯性

4.1 引言

4.2 SL scaling

4.3 Log-Poisson RMP模型

4.3.1 Log-Poisson层次结构

4.3.2 log-Poisson间歇指数

4.3.3β等级结构

4.3.4 γ相关非高斯性

4.4 宇宙重子流的Log-Poisson等级结构

4.5 中性氢密度场的Log-Poisson层次结构

4.5.1 低红移样本C

4.5.2 高红移样本D

第5章 QSO Lyoa吸收谱发射流量的log-Poissen模型

5.1 红移畸变

5.2 低红移检验

5.2.1 β等级结构

5.2.2 高阶统计量

5.2.3 尺度-尺度相关

5.3 Log-Poisson参数的红移演化

5.3.1 参数β

5.3.2 参数γ相关的非高斯性

5.4 Log-Poisson vs.log-normal

5.5 宇宙UV背景

5.5.1 统-UV背景

5.5.2 非统-UV背景

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