Диссертация (1149494), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Если расценивать события ГВ в качестве индикаторов наличия вещества в пространстве, то эта группа является косвеннымуказанием на сверх-скопление галактик в данном интервале координат.В [16] было обнаружено гигантское кольцо из гамма-всплесков диаметром1720 Мпк на красных смещениях 0.78 < z < 0.86. Вероятность того, что данная структура получилась случайно, составляет 2 × 10−6 . В [2] 352 ГВ c оценкой размерности в рамках ΛCDM модели D ≈ 2.3 ± 0.1. В других моделяхD ≈ 2.5. Как показали последние результаты численных предсказаний в рамках ΛCDM модели в [18], на больших красных смещениях уже можно наблюдать кластеризацию вещества, поэтому обнаружение структур в распределениигамма-всплесков является актуальной задачей.Таким образом фактом современной наблюдательной космологии является открытие сверхбольших структур с масштабами более 100 Мпк в пространственном распределении галактик, как в Локальной Вселенной на красных смещениях z ∼ 0.1, так и квазаров и гамма-всплесков на красных смещениях z ∼ 2.В работах [60, 50, 17, 51] отмечается принципиально важная роль обнару-8жения сверхбольших структур галактик для построения адекватной моделиэволюции крупномасштабной структуры Вселенной.
Необходимо исследоватьзависимость амплитуды и масштаба флуктуаций числа галактик от космологического красного смещения, и сравнивать статистические характеристики кластеризации галактик на разных красных смещениях. Исследованию этих актуальных задач современной космологии и посвящена настоящая работа.Цель и задачи исследованияЦелью работы является развитие методов анализа крупномасштабной структуры Вселенной, дополняющих классический метод двухточечной корреляционной функции, которая подвержена сильному влиянию искажающих факторов,связанных с геометрией выборок и формой функции светимости галактик.Поиск больших структур галактик в независимых между собой каталогахразными методами. Анализ амплитуды и линейных размеров флуктуаций, сравнение с теорией в рамках ΛCDM модели, определение фрактальной размерности и сравнение статистических свойств между каталогом красных смещенийи каталогом с независимыми от z оценками расстояний до галактик.
Для верификации результатов необходимо реализовать комплекс тестов определенияфрактальной размерности на модельных множествах с известными параметрами.Основные задачи исследования:• Определение амплитуды и линейных размеров флуктуаций числа галактикна красных смещениях z ∼ 1 в полях COSMOS и HDF-N с помощью методафлуктуаций.• Расчет теоретической космической дисперсии для рассматриваемых каталогов с последующим сравнением с реальными данными.• Оценка коэффициента корреляции флуктуационной картины между независимыми каталогами на одном и том же участке неба.• Сравнение методов условной плотности и попарных расстояний на модельных множествах разного типа.9• Определение фрактальной размерности ИГВ с помощью методов условнойплотности и попарных расстояний.• Построение модельных каталогов ИГВ с фрактальным и однородным распределением при последующем наложении селекционных эффектов.• Определение фрактальной размерности каталога галактик CF-2 с помощью методов условной плотности и попарных расстояний.Научная новизнаПриводятся новые аргументы в пользу реальности существования крупномасштабных флуктуаций плотности видимой материи в глубоких обзорах галактик.
Проведен статистический анализ радиальных распределений галактик вдвух глубоких полях – COSMOS и HDF-N. Для каждого поля существуютнезависимые спектральные и фотометрические обзоры, использующие разныедиапазоны волн и разные методики наблюдений. Для поля COSMOS в интервале красных смещений 0.1 < z < 3.5 были использованы каталоги фотометрических красных смещений в оптическом (COSMOS-Zphot) и инфракрасном (UltraVISTA) диапазонах, а также спектроскопические обзоры zCOSMOS(10kZ), XMMspec-COSMOS и другие обзоры фотометрических красных смещений: XMMphot-COSMOS и ALHAMBRA-F4. Для поля HDF-N использовалиськаталоги фотометрических красных смещений HDFN-Zphot и ALHAMBRA-F5.Выполнен статистический анализ пространственного распределения источников гамма-всплесков (ИГВ) с известными красными смещениями методамиусловной плотности и парных расстояний. Впервые сделана оценка фрактальной размерности методом условной плотности для пространственного распределения ИГВ.
Впервые рассматриваются приведенные графики плотности относительно однородного распределения, которые позволяют сравнить эффективность двух методов, а также более явно показывают степенную зависимостьна большем интервале масштабов. Выборка ИГВ основана на данных миссииSWIFT и содержит потоки, координаты и красные смещения 384 источниковИГВ. Для учета эффектов селекции, искажающих истинное распределение источников ИГВ, проводится сравнение наблюдаемого распределения с модельными фрактальными и однородными каталогами. Для моделирования эффекта10Малмквиста используется аппроксимация видимой функции светимости ИГВ.Также рассмотрен случай с учетом поглощения в плоскости Галактики. Данныйподход позволяет изучать пространственную структуру сразу всей выборки безискусственных усечений.В результате моделирования искусственных неоднородных распределенийгалактик впервые было установлено, что метод анализа распределения парвзаимных расстояний обладает устойчивостью ко многим эффектам селекции.Этот результат имеет большую значимость для дальнейшего его применения вдругих обзорах галактик.Научная и практическая ценность работыВ рамках данной работы были впервые обнаружены с большой степенью достоверности неоднородности пространственного распределения галактик с масштабами до 1 000 Мпк и амплитудой порядка 20%.
Эти выводы принципиальноважны для дальнейшего развития моделей образования и эволюции крупномасштабной структуры Вселенной. В частности для объяснения таких неоднородностей в рамках ΛCDM модели требуется разработать механизм значительногороста байеса с красным смещением.Полученные результаты по анализу крупномасштабных неоднородностей вглубоком поле COSMOS, необходимо использовать для разработки более совершенных моделей эволюции крупномасштабной структуры в теоретической космологии. Разработанная методика анализа совокупности глубоких полей можетбыть использована многими группами исследующими неоднородное распределение галактик вдоль луча зрения узкоугольных обзоров.Исследование метода попарных расстояний показало его устойчивость к эффектам селекции и работоспособности даже с малыми объемами выборок.
Этосвойство данного метода особенно ценно для трудоемких обзоров, в которыхпредварительный анализ малого числа имеющихся объектов существенно определяет стратегию планируемых дальнейших наблюдений.11Основные результаты, выносимые на защитуВ настоящей работе проводится расчет размеров и амплитуд неоднородностейрадиального распределения галактик обзора COSMOS [31, 68] с учетом вариации формы пространственной корреляционной функции галактик и существенно не сферической геометрии выборки. Проведено сравнение наблюдаемых флуктуаций с предсказаниями ΛCDM модели и сделан вывод о наличиисущественно больших размеров и амплитуд коррелированных структур, чеможидалось в теоретических моделях эволюции небарионной темной материи, и,следовательно, о необходимости больших значений байеса на больших красныхсмещениях. Полученные результаты подтверждаются недавно опубликованными данными глубокого обзора галактик ALHAMBRA [47, 71], в котором полеField 4 находится внутри области обзора COSMOS.
Также есть согласие с результатами наблюдений поля COSMOS в субмиллиметровом диапазоне [19, 73].Наличие положительной корреляции флуктуаций чисел галактик в независимых обзорах одного и того же глубокого поля указывает на реальностьфлуктуаций плотности видимой материи. Отсутствие корреляции между флуктуациями в разных полях свидетельствует о независимости структур, видимыхв разных направлениях на небесной сфере. Это также указывает на отсутствиевлияния универсальных систематических ошибок (типа “спектральной пустыни”), которые могли бы имитировать обнаруженные коррелированные структуры.На защиту выносятся следующие основные результаты:• Флуктуации плотности видимой материи (плотность числа галактик вдольлуча зрения) в глубоких обзорах галактик COSMOS, zCOSMOS, UltraVISTA,XMM-COSMOS, ALHAMBRA, HDF-N имеют размеры до 1 000 Мпк и амплитуду до 20% на красных смещениях z ∼ 2.• Коэффициент корреляции Пирсона между флуктуациями числа галактик,полученных в независимых выборках одного и того же поля COSMOS, достигает значения R = 0.70 ± 0.16, что является свидетельством реальностиобнаруженных неоднородностей.• Коэффициент корреляции между флуктуациями числа галактик в глубо-12ком поле COSMOS и находящемся от него на угловом расстоянии в 60 градусов глубоком поле HDF-N имеет значение R = −0.20 ± 0.31, что подтверждает независимость флуктуаций для сильно разнесенных направлений нанебесной сфере, а также отсутствие одинаковых систематических ошибокфотометрических красных смещений, которые приводили бы к сильнойкорреляции флуктуаций в любых направлениях.• Величина параметра галактического байеса относительно флуктуаций небарионной темной материи составляет b = 8, что требует развития ΛCDMтеории образования крупномасштабной структуры, допускающей раннееформирование галактик.• Создан комплекс программ для моделирования искусственных распределений галактик с учётом геометрии выборок и функции светимости, позволяющий оценивать точность определения фрактальной размерности.• Фрактальная размерность ИГВ составляет D = 2.55 ± 0.06 на масштабах 2 ÷ 6 Гпк.
Методы условной плотности и попарных расстояний дают взаимно согласующиеся результаты. Сравнение с оценкой фрактальнойразмерности галактик в обзоре CF-2 свидетельствует об эволюции корреляционных свойств распределения галактик.Апробация результатовРезультаты, полученные в работах [13] и [14] для оптических данных глубокого поля COSMOS, подтверждаются результатами исследований в других диапазонах волн: Неоднородности, обнаруженные с использованием фотометрических красных смещений, совпадают с неоднородностями, обнаруженными вспектральных обзорах исследуемых полей в интервале общих масштабов.Результаты работы [15] имеют высокую степень достоверности, так как согласуются с результатами, полученными ранее другими авторами другими методами.
Достоверность выводов, полученных в работе [15], проверена моделированием искусственных распределений галактик с заранее заданными свойствами.13Результаты диссертации докладывались на следующих международных конференциях:• The International Student Conference “Science and Progress”, Russia, SaintPetersburg, SPbSU, 10-14 november 2014,(http://www.phys.spbu.ru/files/Book-of-abstracts-2014.pdf);• The International Conference “Sobolev-100 Conference, Radiation mechanismsof astrophysical objects”, Russia, Saint-Petersburg, Pulkovo (MAO RAS), 2125 september 2015,(http://www.astro.spbu.ru/Sobolev100/sites/default/files/Sobolev-100.pdf);• The International Conference “SN 1987A, Quark Phase Transition in CompactObjects and Multimessenger Astronomy”, Russia, Terskol (BNO INR RAS),Nizhnij Arkhyz (SAO RAS), 2-8 July 2017,(https://www.sao.ru/hq/grb/conf_2017/proceedings.html).Список публикаций автора по теме диссертации• Широков С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
