冷暗物质宇宙学模型下暗物质晕的紧致系数

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文作者姓名：童二贤——指导教师：直亮硒塞员——生国科堂陵国塞云塞台——学位类别：亟±——培养单位：史国科堂院国塞云塞台——2013年1月DarkMatterHaloConcentratiOninACDM￡Q墨堡Q!QgY——By17．●J’1YlXlanUa0ADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMastero

2、fAstrophysics州ationalAstronomlCalUDservatorleS⋯■■●1，、■●ChineseAcademyofSciencesJanuary2013摘要暗物质晕是冷暗物质宇宙学模型下结构形成的基本单位。暗晕的一个结构特性是它的紧致系数与质量有着显著的关系。这一关系在文献中已经得到了广泛的研究，然而，这些研究得到的质量一紧致系数关系不尽相同，特别是关于这一关系的理论模型在低质量端和高红移处存在着较大的分歧。在我的工作中，我使用了一系列的高精度数值模拟来研究了冷暗物质宇宙学模型下暗晕的紧致参数。这些数值模拟包括Aquarius，Phoenix，Millenniu

3、m／乖HMillennium2模拟。结合这些高精度数值模拟，我得以将研究的样本扩大到质量下限为106太阳质量的暗物质晕，并将研究的时间追溯至红移10左右。通过分析数值模拟的结果，我测量得出了暗晕的质量一紧致系数关系，并以此检验比较了几种已有的理论模型。结果表明，红移为0时低质量端暗晕的质量一紧致系数关系高于Bullocketa1．(2001)禾lZhaoeta1．(2009)的模型，而更加接近与Netoeta1．f2007)所报告的幂率关系。另一方面，尽管在低红移处，Bullocketa1．(2001)和Zhaoeta1．(2009)的质量一紧致系数关系模型与数值模拟结果符合较好，在红移高

4、于4时，却呈现出不同于任何一种模型所预言的特性：在结构形成的早期，质量与紧致系数间关系较为弱化，但这种关系整体随时间依然有显著的演化。在本工作中，我也研究了环境因素对质量一紧致系数关系的影响。结果表明，暗晕的紧致系数随环境密度的变化有略微的不同，但这一微弱的变化不足以影响总体结果。另外，我还检验了高红移处暗物质晕的密度轮廓。结果证实，Navarro—Frenk—White密度轮廓在高红移处依然可以很好的描述暗晕的质量分布。紧致系数在高红移处不同于模型的特征无法得到很好的直观解释。综上所述，通过数值模拟结果所得出的冷暗物质宇宙学模型下暗物质晕的质量一紧致系数关系与现在已有的模型均不相同，这一

5、结果表明，需要一个更为精确的模型来解释暗物质晕结随红移的演化及其对质量的依赖关系。关键词：暗物质晕，宇宙学，数值方法AbstractAgenericpropertyofthedarkmatterhalosinACDMisthattheirconcen-trationparametershowsagoodcorrelationwiththeirmass．This：relationshiphasbeenwellstudiesinpreviousworks．However，themass—concentrationrela—tionsmeasuredinsimulationsreportedfr

6、omliteraturesareofdifferentforms．Theexistingmodelspredictingthisrelationalsodisagreewitheachotherforlowmasshalosandathighredshift．Ihaveusedasuiteofhigh—resolutionnumericalsimulationstoinvestigateHlasS—concentrationrelationinACDMcosmology．Ihaveextemted。theanalysisdowntoanunprecedentedmassscaleof106

7、solarmassesandtoapreviouslyunexploredhighredshiffof10，byanalyzingalargesetofsimulationsincludingtheAquarius，Phoenix，MillenniumandMillennium2Simulations．Inparticular，bymeasuringconcentrationdirectlyfromthesesimula