宇宙密度场再构造和星系与暗晕的环境依赖

我们被认为生活在一个暗物质主导的平坦宇宙里，而星系形成于高密度暗物质晕的引力势阱当中。这一星系形成理论已经成功解释了许多观测现象，不过我们对其中的基本重子物理机制仍所知有限。尤其是，最近的观测与理论研究均显示大尺度环境对于暗物质晕以及星系的形成有着重要的影响。这一作用机制的物理本质仍然不清楚，并没有被应用到星系形成的理论中去，亟待深入开展研究。申请人已经成功发展出利用星系群(团)再构造宇宙密度场的方法。我们计划利用观测(SDSS)中的星系群(团)样本构造精度较高的真实临近宇宙的物质密度场。我们将基于这一密度场给出大尺度环境的定义，例如纤维状机构，空洞等，并考察真实宇宙中星系以及星系际介质属性对大尺度环境的依赖现象。然后结合N体模拟中暗晕的环境依赖研究，系统的理解星系的环境依赖现象中所蕴含的重子物理过程，为限制和发展星系形成模型提供重要的信息。

我们发展了利用星系群/团样本构造近邻宇宙（SDSS天区）的速度场和潮汐力场的方法，并用星系Mock样本（考虑了SDSS的天区几何和选择效应以及星系群构造算法的误差）测试方法的可靠性。测试显示在2Mpc/h光滑尺度上，这一方法可以成功的构造巡天体积内部66%体积内的速度和潮汐力场。构造出来的潮汐场可以用来定义不同类型的大尺度结构：cluster, filament, sheet和void。利用构造出的潮汐场的特征矢量，我们检查了星系指向和大尺度物质分布的成协性。我们发现filament星系的主轴倾向于平行于filament，而sheet星系的主轴倾向于平行于sheet的平面方向。并且红色的中央星系的成协强度最大，和暗物质晕的结果一致。我们还发现潮汐场最小特征值对应的特征向量也和星系主轴成协。这些结果表明星系形成过程受到大尺度环境的影响。为了进一步了解近邻宇宙及星系的形成与演化，我们发展了一个Hamiltonian Markov Chain Monte Carlo方法来构造近邻宇宙的初始条件。这一方法可以从一个posterior几率分布中把初始线性密度场构造出来。这一posterior几率分布包含两部分，一个prior项：即线性密度场须满足的多高斯分布函数；一个似然(likelihood)项:构造自给定的邻近宇宙密度场。给定密度场可以由星系红移巡天构造出来。Mock样本的检验表明这一方法可以有效而精确的再现线性密度场的幅度和相位。我们用N-body程序把这一初始密度场演化到今天，发现再模拟的密度场和真实的密度场在很大的密度范围内没有任何系统性偏差。并且两个密度场的相位空间在k<1 h/Mpc尺度上都高度一致。要研究星系的环境效应，我们必须首先了解暗晕环境效应的起源。基于一组高分辨率数值模拟，我们发现给定质量暗晕的属性（年龄、自旋、形状和子结构）显著依赖于环境，但是依赖方式不尽相同。高密度环境不仅提供更多的物质以供吸积，同时也是潮汐力更大的地方，这同时会抑制吸积的效率。我们建议这一系列暗晕对环境的依赖现象是这两种机制相互竞争的结果。