邻近星系对引力透镜宇宙学的影响开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

宇宙加速膨胀的发现荣获2011年的诺贝尔物理学奖，不仅让人们重新认识到宇宙演化的历史，也关系到宇宙最终的宿命。宇宙学是对表征宇宙几何、内容和运动学的参数的测量。近年来取得了很大进展，被誉为精确宇宙学的时代。根据广义相对论，光子传播过程中受到引力场影响发生偏转，类似于几何光学的光偏转，称为引力透镜现象。在某些条件下，费马原理允许不止一条光路径，我们称之为强引力透镜。强透镜是一种强大的宇宙学探测器，因为它在两个方面依赖于宇宙学参数。首先，时滞方程包含角直径距离的比值。因此，在透镜势模型的背景下，时间延迟或质量的测量作为标准，其方式与宇宙微波背景功率谱的声波峰值类似。第二，强透镜的光学深度取决于反射体的数量和红移分布，因此取决于结构的生长以及红移和共运动体积之间的关系。因此，给定一个透镜截面模型和一个反射体总体演化模型，就可以从透镜进行宇宙学研究统计数据。迄今为止，已经发现了大约200个星系产生的强引力透镜的例子。强透镜星系可以用速度色散来描述。迄今为止发现的大多数星系尺度的强引力透镜都是质量巨大的椭圆星系。遥远的类星体被前景的椭圆星系的引力场影响，到达地球为多像。强引力透镜具有如下几个性质：1. 多像的观测包括像的相对位置，亮度比，到达地球的时间延迟等都与透镜星系的引力势和其导数有关；2.强引力透镜观测量与源、透镜星系、观测者之间的角直径距离有关，即和宇宙时空几何联系；3. 强引力透镜过程中表面亮度守恒，使得背景源天体亮度放大。这样的性质使得强引力透镜被主要用于天体物理三个方面研究：首先，在离星系中心千秒差距（kpc）或更小尺度内，重子和暗物质相互作用，可以研究其质量分布；其次，通过角直径距离研究宇宙几何即暗能量性质；最后，作为“宇宙学望远镜”研究微弱的源，如黑洞和活动核。这是一种新的宇宙学探针，可以限制宇宙学参数如哈勃常数、暗物质密度等。但是这种方法需要假设透镜星系的模型。通常的做法是考虑最主要的透镜星系，假设它的质量分布模型来限制参数，是一种理想的模型。但是实际的天文观测中，我们经常会发现在主要透镜星系的附近也会有其他星系存在，这些星系会改变原有的引力场，是一种扰动。当我们把这些扰动加入之后，原来的模型中的数据就会产生变化。于是我们需要讨论这些扰动到底会给模型带来哪些变化以及怎样去进行修正。

2. 研究的基本内容与方案

学会上网查找阅读相关资料文献，初步了解引力透镜宇宙学的前沿研究情况，并进行总结。学习相关的宇宙学、广义相对论等基础知识，为之后的论文写作以及相关前沿知识的学习打下铺垫。通过学习引力透镜的原理，了解奇异等温球模型的相关假设以及性质推导。要求能够对其进行基本的掌握，对其中的星系中心弥散速度、角直径距离、分离角等概念有所了解，推导其中重要的方程。掌握并熟练运用GLAFIC、ds9等天文方面的软件，能够独立的看懂input文件所包含的代码并且会自行进行修改与编写代码。首先能够自行模拟一个简单的光弧，其次尝试修改参数对强引力透镜及周围星系产生的影响进行模拟。熟练掌握之后的模拟计算所需要的函数写法，并进行应用。对于得到的fits图像文件，要对其进行了解，并且要求能够对图像进行分析得以及到需要的数据条件。在考虑周围星系对透镜进行的影响时，详细考虑其可能造成的影响以及所要进行的公式修改。在完成图像的模拟后，进行进一步的分析。最后，要求按时完成各个阶段的任务以及最终的论文。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容。确定方案，完成开题报告； 第4－5周：根据已掌握的相关知识，确定进行本课题研究的基本路线和具体方案； 第6－9周：学会使用GLAFIC软件； 第10－12周：完成模拟，对比并分析结果； 第13－15周：撰写并修改毕业论文； 第16周：准备论文答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 观测宇宙学，何香涛，北京师范大学出版社

[2] 广义相对论，俞允强，北京大学出版社

[3] 物理宇宙学讲义，俞允强，北京大学出版社