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引力透镜效应在星系结构研究中的应用

作　者: 王健
导　师: 李惕碚; 毛淑德
学　校: 清华大学
专　业: 天体物理
关键词: 引力透镜效应恒星质量星系结构星系质量分布
分类号: P14
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

引力透镜效应是广义相对论的一个重要结论，在天体物理研究中有着广泛的应用。我们通过蒙特卡洛模拟研究了以银河系内恒星或恒星遗迹（白矮星，中子星，黑洞）为透镜天体的类星体微引力透镜效应，给出了光变时标，全天区的光深和不同视星等极限下的事例率。我们的模拟计算表明，Pan-STARRS和LSST每年将观测到大约10个类星体微引力透镜事例，典型的光变时标约为1个月。类星体作为宇宙学距离上的一类点源天体，它们的距离远大于河内透镜天体的距离，这使得类星体微引力透镜事例中参数兼并情况变得有所缓和，使得利用类星体微引力透镜效应测量透镜天体的质量成为可能。根据Gaia的设计性能，Gaia卫星将会精确地测量大量的明亮恒星的三角视差和自行。我们的计算表明每年将会有1个恒星可以通过类星体微引力透镜效应得到它的质量。这种方法无需恒星处在一个双星系统中，是与模型无关的，它使得精确测定单个恒星级天体的质量成为可能。中等引力透镜效应的强度介于强引力透镜效应和弱引力透镜效应之间，它的放大倍数约为1.5，不产生多像。我们研究了中等引力透镜效应下背景椭圆星系的光深，并基于LSST的观测能力模拟生成了背景椭圆星系在中等引力透镜效应下的成像。通过IRAF ELLIPSE对成像等亮度曲线的分析，我们发现椭圆星系的的等亮度曲线存在明显的扭曲。由于透镜星系的放大作用，背景椭圆星系的有效半径变大，而有效半径内的平均视亮度不变，从而导致椭圆星系的偏离了原来的基本面。此外，我们通过对背景椭圆星系成像的逆向拟合处理，很好地得到了背景椭圆星系deVaucouleurs面亮度轮廓的参数和SIS透镜星系模型下的爱因斯坦环的角半径。如果能测得透镜星系和背景椭圆星系的红移，通过拟合给出爱因斯坦环角半径，我们就可以得出透镜星系速度弥散，进而可以估计透镜星系的总质量。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
主要符号对照表  8-10
第1章引力透镜的基本理论与应用  10-30
  1.1 引言  10
  1.2 引力透镜的一般性理论  10-22
    1.2.1 点源透镜天体的引力透镜效应  15-17
    1.2.2 微引力透镜效应  17-22
  1.3 面源透镜天体的引力透镜效应  22-27
    1.3.1 SIS模型  22-24
    1.3.2 强引力透镜效应和弱引力透镜效应  24-25
    1.3.3 LSST和Pan-STARRS简介  25-27
  1.4 本论文研究的目的和主要内容  27-30
第2章微引力透镜在银河系结构研究中的应用  30-52
  2.1 模型  30-40
    2.1.1 恒星分布  31-33
    2.1.2 透镜的质量函数  33-34
    2.1.3 透镜天体的光度  34-35
    2.1.4 速度分布  35-37
    2.1.5 类星体光度函数  37-39
    2.1.6 光深和事例率  39-40
  2.2 结果  40-47
    2.2.1 特征时标  40-41
    2.2.2 光深和事例率  41-44
    2.2.3 透镜天体的质量  44-47
  2.3 小结和讨论  47-52
第3章中等引力透镜在星系结构研究中的应用  52-73
  3.1 模型  53-60
    3.1.1 透镜星系  53-55
    3.1.2 背景星系  55-56
    3.1.3 放大偏差  56-58
    3.1.4 成像模拟  58-60
  3.2 结果  60-69
    3.2.1 光深  60
    3.2.2 图像拟合  60-65
    3.2.3 逆向拟合  65-67
    3.2.4 基本面  67-69
  3.3 小结和讨论  69-73
第4章总结与展望  73-75
参考文献  75-83
致谢  83-85
附录A 有效横向速度  85-88
附录B 类星体的数面密度  88-93
  B.1 类星体光度函数  88-90
  B.2 K校正  90-93
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  93

引力透镜效应在星系结构研究中的应用

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