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[博士论文] 李慧玲
粒子物理与原子核物理 山东大学 2018(学位年度)
摘要:迄今为止人类唯一一次观测到的少量超新星中微子事例来自于大麦哲伦云的SN1987A,该事件标志着中微子物理和中微子天文学进入了一个新的里程。目前世界上很多正在运行或者在建的中微子探测器对核心坍缩机制的超新星爆发中微子有了更好的探测能力,可以提供更大的统计量、更高的能量分辨率以及更准确的中微子味道信息。
  作为未来大型液闪探测器的其中一个,江门地下中微子实验(JUNO)的中心探测器设计拥有20kt的液体闪烁体。对于10kpc处且拥有典型参数的核心坍缩超新星,JUNO实验可以观测到5000个来自反贝塔衰变(IBD)的事例、2000个中微子-质子弹性散射(pES)事例、超过300个中微子-电子弹性散射(eES)事例和中微子作用到12C上的带电流与中性流事例。
  本论文提出了利用奇异值分解(Singular Value Decomposition)的反解算法实现大型液闪探测器中不同反应道超新星中微子能谱的重建。然后结合IBD反应道和其他两个弹性散射道y+p→v+p、y+e-→v+e-,还可以实现不同味道中微子能谱的分离。本论文还利用不同组的数值超新星中微子模型对重建算法的模型无关性进行了检验。
  超新星是少见的天文学事件,这就要求一旦产生超新星爆发,JUNO探测器需要尽可能多的记录下超新星中微子的相关信息。因此本论文给出了利用IBD反应道进行JUNO实验的在线超新星触发的方案建议。该方案利用模拟数据给出了SN IBD事例的筛选标准,以及电子学实现的逻辑思路。由于现在JUNO的电子学设计还未完全确定,本论文还讨论了如何选取方案中的参数和相应情况下的超新星误触发率以及超新星触发效率。基于该触发方案,JUNO实验可以满足SNEWS对于加入实验的超新星误触发率的要求,而且也可以实现对于类似SN1987A距离的超新星的触发,对于100kpc量级的超新星也具有触发能力。
  一旦有超新星事例被触发,JUNO实验除了可以记录超新星中微子的能谱信息,也可以提供相应的时间分布信息。论文中对应Garching组的超新星中微子数值模拟,给出了不同味道中微子的源处超新星中微子数时间分布的参数化模型。由于当前超新星的模拟需要耗费大量的时间和计算资源,该参数化模型可以更便捷的用于超新星中微子时间分布的相关唯象研究。
[硕士论文] 胡倩
物理学;理论物理 南京师范大学 2018(学位年度)
摘要:伽玛射线暴是一种来自宇宙空间能量极高的短时标伽玛射线突然爆发现象,根据伽玛射线暴的持续时标T90将伽玛射线暴分为长暴和短暴。一般认为,长暴的前身星为大质量恒星塌缩,短暴前身星为致密星并合。其中,短伽玛射线暴的常见的前身星模型是双中子星并合的模型,而双中子星并合也会产生引力波,引力波GW170817和GRB170817A的发现是人类首次直接探测到由双中子星并合产生的引力波及其伴随的电磁信号,正式开启了多信使引力波天文学时代。
  本论文介绍了伽玛暴的观测背景,以及双中子星并合产生的不同的物质成分包括极端相对论性喷流、激波冲出的物质、茧状物、潮汐抛射物、粘滞和中微子驱动风与周围星系介质相互作用产生的电磁辐射。用数值分析在不同观测角度下光学和近红外辐射。辐射流量很大程度上取决于观测角的大小、外部环境介质密度、抛射物的动能和速度。在光度距离200兆秒差距情况下,无论是正轴还是偏轴观测,极端相对论性喷流的光学和近红外辐射是最强的。在观测角度较大的情况下,中等相对论的激波冲出物质的辐射占主导。同样把千新星与极端相对论性喷流,激波冲出物质,茧状物在近红外波段进行比较。正轴与偏轴的光学辐射也可以被现有运行和即将运行的望远镜ASAS-SN、iPTF、Pan-STARRS、LSST所探测到。
  GRB170817A是人类首次探测到来自于双中子星并合产生的引力波的电磁对应体,并伴有千新星AT2017gfo。GRB130603B/千新星和GRB170817A/AT2017gfo具有潜在联系,GRB170817A的余辉光度很低并且持续时间很长意味着GRB170817A环境密度较低。将来自于一组双中子星合并近邻低光度的短暴GRB070923、GRB080121、GRB090417A、GRB111005A的光学对应体和AT2017gfo进行比较。并证明来自双中子星并合的千新星有不同的光度具有多样性。
[博士论文] 张乃波
等离子体物理 山东大学 2018(学位年度)
摘要:中子星是宇宙中最奇特的物体之一,它扮演着核物理、粒子物理和天文学之间桥梁的角色。一方面,中子星中的物质处于极端物理条件下,这需要基于现有的理论模型计算中子星的状态方程进而预测中子星的性质;另一方面,对中子星的观测可以帮助限制现有的状态方程。目前人们对中子星认识有限,中子星内部除了存在质子、中子之外,还有可能出现超子、夸克等奇特粒子或者介子凝聚等现象。最近地面重离子碰撞等核物理实验限制了核物质对称能、不可压缩系数等性质,天文观测限制了中子星的质量、半径、潮汐形变等性质。如何基于现有的核物理理论、地面核物理实验和天文观测结果约束中子星的物质成分和状态方程是中子星研究的重点之一。
  基于现有的核物理理论、地面核物理实验和天文观测结果,本论文通过两种思路约束中子星的物质成分和状态方程。第一种研究思路:不考虑具体的微观多体理论,基于非对称核物质每核子能的抛物线近似、对称核物质每核子能和对称能的泰勒展开,构建了一种新的参数化状态方程来研究中子星的性质并利用现有的天文观测结果约束状态方程的参数空间。该参数化状态方程的一个优点是方程的参数在饱和密度附近具有确定的物理意义。部分参数已经在实验上进行了限制并且会自然满足现有核物理实验和天文观测限制。第二种研究思路:根据微观多体理论的预测,中子星内部不止会存在质子、中子,还有可能出现超子、夸克或者核物质夸克物质混合相变等。根据传统中子星、超子化中子星、混合星和奇异夸克星的状态方程计算中子星的性质并寻找与模型参数无关的物理量来约束中子星的物质成分和状态方程。
  基于本论文中新构建的参数化状态方程,首先研究了核物质对称能的曲率参数Ksym对中子星壳-核芯临界性质的影响。之后,在2维(L-Ksym)和3维(J0-Ksym-Jsym)参数空间内,研究了天文观测最大质量Mmax=2.01土0.04M⊙、1.4M⊙经典中子星的半径10.62<R1.4<12.83km和双中子星合并事件提取的无量纲潮汐形变A1.4≤800对状态方程参数空间的限制。研究发现现有的天文观测可以将参数空间约束在很窄的区域内。无论是2维还是3维参数空间内,由最近GW170817观测得到的潮汐形变上限A1.4≤800对状态方程的约束与现存的限制一致但是更加宽松。然而,未来对中子星及中子星合并事件的观测有望进一步提升对中子星状态方程的约束。
  为了寻找能够约束中子星物质成分和状态方程的物理量,首先利用相对论平均场理论和MIT袋模型研究了传统中子星、超子化中子星和混合星的自转参数。之前有研究发现传统中子星的自转参数最大值为0.7,而奇异夸克星自转参数的最大值可以大于1。对这一研究进行了拓展,发现不止传统中子星,超子化中子星与混合星自转参数最大值均为0.7。此外,发现中子星自转参数最大值为0.7的关键因素之一是壳结构。这提供了一种可能的方法来区分观测到的脉冲星是中子星还是奇异夸克星。之后,基于相对论平均场理论和手征夸克介子耦合模型,研究了转动对传统中子星和超子化中子星核子直接URCA(N-DURCA)过程中微子发射率的影响。转动中子星的中微子发射率是首次计算。转动对传统中子星和超子化中子星N-DURCA过程影响不同,这表明冷却过程有可能区分观测到的脉冲星是传统中子星还是超子化中子星。以上的结论对于理论模型中不同的参数组均成立。
[博士论文] 史晶晶
天体物理 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:该论文致力于从理论和数值模拟两个方向来研究暗晕的成长及环境效应,这有助于我们理解当前暗晕的各种特性和暗晕中星系的形成与演化。
  暗晕的一个最基本的统计学量为暗晕偏袒因子。关于暗晕偏袒最简单的分析假设暗晕的成团性仅由其质量决定。然而,当给定大尺度环境,暗晕成团性几乎完全由环境决定而不依赖于暗晕质量。我们对此现象给出了解析的解释。我们的分析对可应用于用成团性的环境效应来限制宇宙学模型和星系形成模型。它也解释了为什么大多数观测到的星系环境效应仅仅是由暗晕环境效应引起的,并为量化这种星系-暗晕的环境效应的传承性提供了一个理论框架。
  此外,我们还研究了暗晕的本征动力学特性与形成过程的相关性,以及它们与暗晕所在的大尺度潮汐场的相关性。我们用N体模拟中的并合树来找出那些即将和寄主暗晕并合的下落暗晕。我们发现切向下落速度随着潮汐场变强而增大,但下落速度的径向成分不存在这种对潮汐场的强相关性。这些结果可用来解释暗晕内部速度的各向异性和自旋对环境的依赖。下落暗晕的位置矢量和速度矢量与潮汐场的主轴平行,且这种平行性强度依赖于潮汐场的强度。在弱场和强场中存在着相反的吸积模式,即弱场中的吸积流在局域结构中是径向主导的,而强场中的吸积流的切向成分比较大。这些发现可以用来理解暗晕速度椭球和局域潮汐场的主轴的平行性,以及这种平行性对潮汐场强度的依赖。它们还能解释为什么暗晕的自旋会随着潮汐场强度变大而变大,以及为什么只有在弱场中自旋-潮汐场平行性才符合潮汐矩理论的预期。我们的结果可以用来理解盘星系的自旋和椭球星系的内部速度结构以及它们与大尺度结构的关系。
  我们进一步研究了被吸积子暗晕的形成历史。我们首次在数值模拟中发现了一个被吸积暗晕形成红移的双峰分布。该双峰特征起源于暗晕的“普遍的”两阶段质量吸积史:被吸积的年轻暗晕是尚处于快速吸积阶段的暗晕;而被吸积的年老的暗晕则是已经处于慢吸积阶段的暗晕。这种双峰特征随红移有显著的变化:高红移的吸积暗晕被年轻的暗晕主导;随着红移减小,年老的成分逐渐出现并在低红移时占主导。此外,吸积暗晕的双峰特征不依赖于寄主暗晕的质量并微弱地随吸积暗晕质量的增加而趋向年轻化。这种双峰分布不存在基于Extended Press-Schechter理论构建的吸积树中,表明现有的结构形成理论需要进一步的修正。我们进而讨论了该双峰特征与星系中的双峰特性的关系和它对联系暗晕-星系的研究的意义。
[硕士论文] 何治宏
计算机应用技术 青海师范大学 2017(学位年度)
摘要:HSVMT27是位于银河系第二象限中心坐标为( l, b)=(153°,37°)的分子云,自1993年被Heitahausen等人用CfA1.2m望远镜探测到以来,并未作更深入的观测。在本文中,使用德令哈13.7 m望远镜,在上述中心坐标方向、共计5.25 deg2的范围内,观测得到2.84 deg2的CO辐射,与1993年的巡天观测相比,德令哈13.7m望远镜将观测图像的空间分辨率提高了近10倍,并且,在本文中认证了26个13CO致密云核;此外,通过分析12CO的谱线信息,本文得到分子云的激发温度是4K到11K,整个HSVMT27的分子质量约为840M⊙。
  除此之外,在观测工作中,还探测到了多条 C18O谱线,它们的主波束温度都在0.4 K以下,由于这条谱线在HSVMT27中发射太弱,因此不能很好地成图。在最致密的分子云核中对HCO+(J=1-0)的发射作了观测,但并没有找到这条谱线,这说明,它很可能并未处于塌缩状态之中。总而言之,本文认为在这块冷的、稀薄的分子云中,没有证据表明目前和接下来一段时间会有恒星形成活动。
  过去二十多年来,国际上一直在对高银纬分子云进行距离的研究,在HSVMT27所在的Ursa Major区域,分子云的距离存在很大不确定性,过去的工作中往往通过消光和测光两种不同方法来估算距离,根据2014年国际上对高银纬分子云的测光距离表,本文采纳d=350 pc为HSVMT27的距离,本文讨论了距离误差对结果的影响,主要存在于分子云核的旋转速度估算上。
  巡天工作发现,HSVMT27所在的区域拥有原子气体和尘埃,在视向速度上,前者与本文中观测到的分子气体成协。此外,HSVMT27中存在-47 km s-1的CO谱线,这表明在银河系第二象限是存在中速分子气体的,并且这些气体处在英仙臂之上,银道标高在1 kpc左右。然而,由于距离太远,观测数据中并未检测出分子气体中有高速气体存在。
[博士论文] 冯中文
凝聚态物理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:黑洞是爱因斯坦的广义相对论预言的产物。近40年来,人们对黑洞的研究有了长足的发展,这些工作和研究涉及到物理学的各个方面,它们可以揭示出物理学的一些本质特征。目前,在黑洞的研究中依然有许多问题没有得到很好的解释,同时一些研究也不完整,基于这些考虑,本文将根据作者在博士研究生期间所取得的相关研究成果,研究两方面的内容。第一个方面为黑洞的演化,其中包括黑洞的霍金辐射和似正规模的研究;第二个方面的研究内容是与引力波相关的问题。
  本文研究的内容涉及前沿热点课题,取得了一系列创新性的研究成果。论文主要研究内容及结果如下:
  1.利用一种新的广义乌龟坐标变换研究了标量粒子和费米子在高维动态Vaidya-de Sitter黑洞事件视界面上的隧穿率,并得出高维动态Vaidya-de Sitter黑洞的霍金温度。然后推广了克鲁格洛夫的理论,研究了旋转的Kerr-de Sitter黑洞和五维时空中矢量粒子的隧穿特征。结果显示,黑洞的隧穿率和霍金温度只与黑洞的时空背景有关,其辐射谱为纯热谱,所以,该结果属于经典的结果,这必将导致黑洞信息丢失疑难和裸奇点问题。同时,本文还从克莱因-高登方程、普罗卡方程和狄拉克方程中推导出了哈密顿-雅克比方程,这一结果与前人的预测一致,说明哈密顿-雅克比方程是一个研究黑洞霍金辐射的基本动力学方程。
  2.使用了量子引力理论中的广义不确定原理来研究高维 Schwarzschild-Tangherlini黑洞的热力学演化过程。利用广义不确定原理,我们推导出一个既可以描述自旋为0的标量粒子运动行为又可以描述自旋为1/2费米子运动行为的修正哈密顿-雅可比方程,然后利用这个方程对Schwarzschild-Tangherlini黑洞事件视界面上粒子的量子隧穿行为进行讨论,并得到了广义不确定原理修正的高维Schwarzschild-Tangherlini黑洞的霍金温度、熵以及比热容。其结果显示,在考虑到量子引力效应后,修正后的霍金温度比原始的霍金温度低,其值不仅依赖于高维Schwarzschild-Tangherlini黑洞的质量和维度D,还与隧穿粒子的性质和量子引力效应项β有关。同时,还可以发现量子引力效应使得修正霍金温度不能无限增大,当其上升到一定值后就会在广义不确定原理的作用下降低。当黑洞质量演化到普朗克尺度时,黑洞的温度无限趋近于零,这意味着黑洞将产生残余。为了确定黑洞会有残余产生,还对修正的比热容进行了分析,结果表明修正的比热容在大质量尺度下与经典情况相似,而随着黑洞质量减少,修正比热容会偏离经典情况。修正比热容的值会在 Mcr点从负变为正并发生相变,当黑洞质量减少到Mmin点时,修正的比热容为零,这表明高维Schwarzschild-Tangherlini黑洞无法与周围的环境交换能量。因此可以确定广义不确定原理会使得黑洞在普朗克尺度产生残余。黑洞残余的存在意味着黑洞不会完全蒸发消失,这就不会导致黑洞信息丢失疑难以及裸奇点问题的出现。此外,利用黑洞残余质量公式还可以计算出在强子对撞机中产生黑洞所需要的最低能量,可以看出,计算得到的理论值大于现在强子对撞机所能达到的能量上限,因此要想在强子对撞机中制造黑洞必须对高强子对撞机进行升级。
  3.使用WKB近似方法对Reissner-Nordstr?m-de Sitter Quintessence黑洞的似正规模情况进行了数值计算,其结果显示该黑洞在无质量标量场的微扰下将保持稳定,而有效势能和似正规模的变化与黑洞的背景时空有关。在与Reissner-Nordstr?m黑洞的似正规模结果对比后,还可以发现精质能量项和宇宙学常数项会使得Reissner-Nordstr?m-de Sitter Quintessence黑洞的有效势能和似正规模的频谱降低。
  4.对引力波事件GW150914的数据进行了分析,其结果显示引力子的观测速度小于理论值,而本章创新性的使用广义不确定原理来对这个矛盾进行解释。通过研究可以发现广义不确定原理能明显地降低引力子的传播速度。同时,本文首次使用引力波事件 GW150914的数据对两种广义不确定性原理进行约束,其结表明引力波事件 GW150914对 Ali-Das-Vagenas提出的广义不确定性原理模型约束更强。因此该广义不确定性原理模型更适合用于研究引力波的性质。
  5.分析和总结了超高速星的形成机制和国内外对超高速星的观测情况。其结果表明大多数超高速星都是被银河系核心区中的超大质量黑洞弹射出来的,利用这些超高速星的观测数据人们可以更好地研究银河系的结构。同时,通过分析还发现少数超高速星的形成机制并不明确,因此,这可以成为今后的研究方向。
[硕士论文] 陈海霖
粒子物理与原子核物理 四川师范大学 2017(学位年度)
摘要:本文研究了狭义相对论中的变形色散关系,得到了Lorentz破缺和光速变化的关系,分析了量子引力放大效应作用下光速的变化。另外,根据修正色散关系计算了白矮星的半径-质量关系式。Camelia等人指出白矮星半径的变化可能存在一些观测效应,但他们并没有讨论这些效应的物理根源,本文中结果表明在放大效应或极高密度情况时,白矮星半径的改变才比较明显。暗物质是天体物理与粒子物理中的重要研究课题,本文对一类新的暗物质—Q泡暗物质进行研究。通过能量和动量的修正色散关系计算了Q泡在稳定状态下的能量和半径,讨论了量子时空效应下Q泡能级的跃迁。另外,还分析和比较了扰动情况下Q泡的能级分布和粒子释放。在广义相对论和弦引力模型框架中,研究了不同类型的Kerr中子星的表面温度的分布,即Kerr-Newman-Kasuya,Kerr-Newman-VGM以及Kerr-Sen中子星的极/赤温度比。本文分别计算了转动较慢和较快中子星的表面温差,并分析和比较了温度分布的物理规律。结果发现这些Kerr型中子星的表面温度分布有一定差别,本文的研究为进一步的天文观测提供了一种新的思路和方法。本论文中具有创新性工作如下:
  1、根据修正的相对论色散关系计算了白矮星半径的量子引力修正,分析了不同质量和放大指数白矮星半径的变化。
  2、研究了量子时空背景下Q泡暗物质的能量分布,计算了能量修正和动量修正下Q泡的能级分布,还分析了扰动情况下的Q泡能级和粒子释放。
  3、研究了Kerr-型中子星的表面温度分布,计算了K-N-K中子星、K-N-VGM中子星以及K-Sen中子星赤/极的温差,分析和比较了不同中子星的温度分布规律。
[硕士论文] 陈双琴
理论物理 山西大学 2017(学位年度)
摘要:由相对论简并电子和非相对论离子所构成的等离子体称为相对论简并等离子体。相对论简并等离子体存在的真实物理环境之一就是以白矮星、中子星为代表的致密
  天体。由于对电子数密度的苛刻要求,在很长一段时间里关于相对论简并等离子体的研究都限于上述极端天体物理环境。基于“天体物理现象和过程的机制与等离子体中的波动和不稳定性有关”的出发点,本论文在相对论量子力学框架下建立描述致密天体等离子体的动理学和磁流体动力学模型,通过研究线性波在致密天体等离子体中的传播特性来考察相对论效应、简并压力、Bohm势对致密天体等离子体基本物理过程的影响,揭示致密天体等离子体的相对论量子物理本质,明确相对论量子等离子体存在的真实物理环境。
  本文主要工作如下:
  首先,利用非相对论量子磁流体模型研究磁化量子等离子体中线性波的传播特性,考察量子效应对等离子体基本物理过程的影响。结果发现,不论有无磁场,不论波矢量与磁场方向平行还是垂直,量子效应都会影响静电波在等离子体中的传播特性。对电磁波而言,量子效应只影响垂直于磁场传播的非寻常波的色散关系,不影响寻常波、左旋波、右旋波的传播特性。
  其次,利用基于协变Wigner函数方法的相对论量子磁流体动力学模型研究致密天体等离子体中线性波的传播特性。研究发现相对论效应和量子效应对线性波在致密天体等离子体中传播的色散关系有修正,当选取脉冲星磁层等离子体特征参数做数量级估算时,相对论量子修正项比较显著。
  本论文研究课题是等离子体物理领域一项前沿性的研究工作,是对现阶段量子等离子体研究的有效完善,对研究白矮星、脉冲星、磁星等致密天体有一定的理论指导意义。
[硕士论文] 钟树清
粒子物理与原子核物理 广西大学 2017(学位年度)
摘要:本人整个硕士阶段的研究工作主要是报道第一手伽玛暴光学观测和探究伽玛暴喷流组分和暴周环境的性质。方法是基于马尔科夫链蒙特卡罗模拟算法,通过标准正向激波模型拟合余辉光变来限制模型参数,并给出参数的分布和参数之间的相关性,最后基于这些结果讨论伽玛暴的性质。详细结果如下:
  对于GRB110530A,它的R波段光学余辉光变显示早期有一个奇特的宽鼓包,后接着一个延迟平台;其他光学波段和X射线也展示了类似的行为。整个余辉光变可以用标准正向激波模型并考虑延迟能量注入来拟合。我们的模型分析结果显示这个暴的辐射效率和磁化参数都很低,由此推断它的喷流无论是在瞬时辐射阶段还是余辉阶段应该都是物质主导的。而延迟能量注入可能来自于超新星爆发前星体壳层物质的回落吸积。
  对于GRB140629A,它的光学余辉光变可用简单的标准正向激波模型拟合。它的辐射效率也非常低,所以它的喷流应该也是物质主导的。它非常符合Lp,iso-E'p-Γ0三参量关系。
  对于标准正向激波拟合24个光学和X射线余辉光变的系统性工作,我们给出9个参数——激波能转化为磁能的比例εB、激波能转化为电子能的比例εe、各向同性动能EK,iso、初始洛仑兹因子Γ0、介质密度n、电子谱指数p、辐射效率ηγ、磁场强度B、磁化参数σ的最可几分布。对它们之间的相关性分析得到磁场强度和磁化参数都与辐射效率有一定的正相关,这意味着喷流在余辉阶段的磁性特征是与在瞬时辐射阶段的磁性特征一定程度上正相关的,无论中间经历了多复杂的耗散过程。而更重要的结果是:根据辐射效率和磁化参数的分析结果显示大多数伽玛暴的喷流无论是在瞬时辐射阶段还是余辉阶段应该都是物质主导的。
[硕士论文] 汪子梁
物理学·理论物理 兰州大学 2017(学位年度)
摘要:黑洞热力学的发现让我们对黑洞物理乃至整个基本物理学都有了新的认识。1983年,霍金等人提出黑洞相变的概念并且通过计算发现了史瓦西-反德西特黑洞的相变,大家把这一现象称为Hawking-Page相变。近几年,通过将负的宇宙学常数视为压强,物理学家们发现反德西特带电黑洞与范德瓦尔斯气体有着几乎相同的热力学性质。另一方面,黑洞热力学的发现让我们对引力的本质有了更深入的认识。物理学家们开始觉得,引力可能并不是一种基本作用力而是一种层展现象。2012年,Padmanabhan将空间层展观点运用到宇宙学,并结合他提出的全息均分原理,认为宇宙的空间膨胀来自于层展空间的体自由度和表面自由度的差距,并在Hubble视界上得到了爱因斯坦引力下的Friedman方程。
  在这篇论文中,我们将主要讨论黑洞相变和空间层展理论,以及介绍我们在这两个方面的工作。
  一方面,通过提出一个推广的特定体积,我们重新研究了带电反德西特黑洞的P-V临界现象。结果表明,先前的主要结论都可以直接推广,但是ρ~c在一般情况下应该是3α~/16。在随后的黑洞热力学相变的研究中,我们发现之前的假设存在一个自然的解释。更重要的是,对于高维的带电反德西特黑洞,我们假设的必要性就会体现出来。
  另一方面,受Padmanabhan的宇宙膨胀源于层展空间体自由度和表面自由度之差这一新奇想法的启发,我们首先研究了德西特宇宙。随后我们研究了更为一般的宇宙。在众多模型中,我们找到一个可能描述真实宇宙的理想模型。并且该模型可以导出一个与天文观测有大致量级的宇宙学常数。随后,我们发现该模型可以避免视界疑难和平直疑难。然而,更深入的研究指出了该模型存在的一个问题:没有减速膨胀的时期。这意味着我们的模型是需要修正的。
[硕士论文] 王利
天体物理 湖南师范大学 2017(学位年度)
摘要:致密星体的物态方程是相对论天体物理学中的重大研究课题。我们的研究指出,从初生中子星的准正则模的演化可以判断星的物态方程(EOS)。本文主要研究了不同的真实物态方程(即,用微观物理理论计算得到的表格形式的状态方程)的初生中子星在冷却过程中的l=0和l=2的微扰振动模的频率随温度的演化。对于l=0的基态模,我们用四种物态方程(即,Hempels EOS,SHenEOS,Lattimer-Swesty EOS,Banik EOS)的初生中子星,研究了它们的基态模的频率随温度的演化。
  本研究主要内容包括:⑴Hempels EOS和SHen EOS的初生中子星,在冷却过程中有可能形成稳定中子星,也可能发生塌缩形成黑洞,这取决于初生中子星的静止质量。而Lattimer-Swesty EOS和Banik EOS的初生中子星,在冷却过程中不会发生塌缩,能够形成稳定的中子星。⑵通过观测得到的中子星的质量能够推测中子星初生时的最大温度。对于l=2的基态模,我们研究了上述四种物态方程的初生中子星的准正则模(quasi-normal modes)的频率随温度的演化,研究发现:Lattimer-Swesty EOS和Banik EOS的初生中子星的准正则模频率随温度的演化的行为相似。初生中子星随着温度降低,其准正则模频率先降低后增加,在50MeV附近达到最小值。当温度降至5MeV时,准正则模的频率趋于稳定;Hempels EOS和SHen EOS的初生中子星,在冷却过程中其准正则模频率随温度演化总体上也是先减小后增大。但当M≥2.394M☉时,HempelsEOS初生中子星的准正则模频率会出现突增的现象。M≥2.467M☉时,SHenEOS也会有突增的现象;同一物态方程的初生中子星,静止质量越大的星的准正则模频率越大。
[硕士论文] 程鹏
物理学·理论物理 兰州大学 2017(学位年度)
摘要:黑洞系统本质上是宏观量子系统,其特有的热力学性质,比如熵、温度和引力的全息性质,为量子引力提供了重要窗口。深入地研究黑洞的热力学性质有助于揭示一些引力与量子系统的基本问题。最近,黑洞热力学取得了新的发展:将宇宙学常数Λ视作黑洞热力学系统的热力学压强P,将黑洞的质量M视作系统的焓H,使得anti-de Sitter(AdS)黑洞的热力学定律得以完善,并且展现出了丰富的相结构。在本论文中,我们主要研究了扩展的相空间中单特征参量系统(d维渐近AdS时空中的单旋转Kerr黑洞)与多特征参量系统(4维渐近AdS时空中的Kerr-Newman(KN)黑洞)的临界热力学行为。
  首先我们介绍了黑洞热力学发展的历程和理论基础。AdS黑洞研究的一个主要动机是AdS/CFT对应,在扩展的相空间中宇宙学常数Λ=(d-1)(d-2)/(2l2)是可以变化的,像传统热力学中那样将体空间中的物理量与边界上的物理量认同明显存在一些问题。在论文的第一部分中我们也介绍了从AdS/CFT对应角度给出的一些关于扩展相空间中黑洞热力学的解释。
  其次,我们研究了d维渐近AdS时空中单旋转Kerr黑洞的相变性质,发现该系统存在van der Waals(vdW)型相变和重入型相变。由于这一系统是单特征参量系统,我们证明了这类系统的临界点可以唯一地通过量纲分析来确定。对于4维的情况,我们得到了解析的临界点、共存曲线和相图。研究表明在约化参数空间中拟合的临界曲线不依赖于角动量J。对于d=5~9的情况,临界物理量通过数值的方法得到。其中d≥6时该热力学系统存在两个临界点,但较小的一个临界点并不参与相变。另外,精确的重入相变的临界点也得到了。在上述所有的研究中,得到的结果都是精确且没有近似的。
  再次,我们研究了渐近AdS时空中的KN黑洞系统的热力学相变性质。我们通过数值的方法得到了vdW型相变的临界点和高度精确的临界曲线的拟合公式,并发现临界曲线依赖于电荷Q与角动量J。在约化参数空间中,我们发现确定温度T、Gibbs自由能G和临界曲线的参量是角动量电荷比∈=J/Q2。另外当我们从零到正无穷连续变化∈时,临界曲线将会从Reissner-Nordstroem(RN)-AdS黑洞系统的情况过渡到Kerr-AdS黑洞的情况。也就是说当∈→0时,系统可以恢复到RN-AdS黑洞,而当∈→∞时,系统恢复到Kerr-AdS黑洞。
  最后,我们在论文的最后一部分对我们的工作做了总结与展望。我们总结了我们的研究工作的成果和不足,并对未来可以继续深入研究的工作方向和思路做了简单的展望。
[硕士论文] 焦磊
理论物理 河北大学 2017(学位年度)
摘要:本文研究了Kiselev黑洞和匀速直线运动的隆斯涅耳-诺德斯特隆黑洞和克尔-纽曼黑洞的吸积。第一部分讨论了Kiselev黑洞的吸积。在没有背景相互作用和粒子产生与湮灭的假设下,我们得到了可近似为理想气体的绝热吸积物质流的基本方程,计算出了质量吸积速率和临界点的一般解析表达式,并确定了临界点应当满足的物理条件;对于多方气体,我们计算出了质量吸积速率的具体表达式以及外事件视界上的气体压缩比,对于多方麦克斯韦—玻尔兹曼气体,计算出了外事件视界处的绝热温度变化。结果表明Kiselev黑洞的quintessence特征参量σ在吸积过程中起着重要作用,这可能是一个可用来检验该理论的可观测特征,也可以凭借此方面的天文观测检验是否存在quintess e nce标量场。第二部分讨论了匀速直线运动的隆斯涅耳—诺德斯特隆黑洞和克尔—纽曼黑洞的吸积。我们假设没有粒子产生和湮灭以及被吸积物质是满足绝热物态方程2P=ρ∝n(单位制1c=G=)的理想流体,确定了吸积流四维速度场;对于隆斯涅耳—诺德斯特隆黑洞,它是轴对称的;对于克尔—纽曼黑洞,它不具有球对称性和轴对称性。我们还得到了取决于黑洞基本参量的粒子数吸积速率;对于隆斯涅耳—诺德斯特隆黑洞,它取决于黑洞质量和电荷;对于克尔—纽曼黑洞,它取决于黑洞质量、电荷和角动量,且独立于相对无穷远处吸积流运动方向的黑洞自转轴的方向。
[硕士论文] 云朝昂
物理学 新疆大学 2017(学位年度)
摘要:类脉冲星天体(Pulsar-like)的发现为我们提供了一个天然的探索超核密度物质的独特实验室。脉冲星有着极其稳定的自转周期尤其是毫秒脉冲星,有些自转周期变换率达到10?19-10?21ss?1,被誉为自然界最稳定的钟,使得它们可用于计时,并可用于监测原子钟的长期稳定度。对脉冲星的研究还有助于探测引力波的存在证据。
  脉冲星在1967年被首次发现,至今为止,人类在银河系中已发现了接近3000颗脉冲星。脉冲星可分为正常脉冲星、毫秒脉冲星和磁星三大类,我们区分三类脉冲星的主要参量依据是其自转周期的快慢以及脉冲星表面磁场的大小。脉冲星的理论解释有两种,一种认为脉冲星是高速旋转的中子星发出有规律的脉冲形成的,这类中子星具有极高的密度,可达1014 g/cm3,有高达1012G的磁场。另有一种可解释脉冲星组成成分的模型被称为奇异星,它完全是由奇异核子(可缩写为strangeons)所组成。
  人们在观测脉冲星周期(P)和周期导数(˙P)的同时,发现了反常的周期突然变短(跃变)的现象,称为glitch[1]。目前,绝大多数的脉冲星仍然没有观测到周期跃变的现象,这些脉冲星在以后很长的时间内可能也观测不到跃变,因此脉冲星的跃变现象是很罕见并且不同寻常的。我们对已经观测到跃变的131颗跃变脉冲星及其400多个跃变进行了统计分析,对观测资料进行数据处理和分析后,给出了发生跃变的脉冲星各参数之间的关系图像。我们把到达时间噪声对位置测量精度的影响进行定量分析,发现到达时间噪声的典型时标的测量与任何自转参数都无关,反而与观测数据的总时间长度有关,这表明,对大多数脉冲星来说,这种现象的实际时标远大于这些观测的典型时标。
  在文章中,我们还给出两种模型下脉冲星发生glitch的物理机制,即中子超流模型和星震模型,通过对Crab和Vela两颗脉冲星的数据进行模拟分析,得到结果表明,无论是大尺度的船帆座类脉冲星(Vela-like pulsars)还是小尺度的蟹状星云类脉冲星(Crab-like pulsars),都可以用不同星体表面发生碎裂瞬间其表面存在的不同惯性矩来得到很好的解释,具体表现为不同星体表面临界应力与奇异星表面剪切模量之间比值的不同。在与观测相比较的情况下,我们可以进一步推测有关固态奇异星的相关性质。
[硕士论文] 王代美
理论物理 贵州大学 2017(学位年度)
摘要:根据已有的对食双星的研究分析,晚型恒星一般情况下处于主序阶段,在这样的阶段,晚型食双星诸多特性引起了研究者们的注意,包括轨道周期小(一般低于一天),易于观测到完整的周期,比较活跃,黑子活动,物质转移等。再加上现在更加先进的望远镜和测光与分光手段的使用,我们本文的研究内容也是食双星,而且主要利用到国内与国外小口径地面望远镜以及地面与太空的巡天数据。
  本研究主要内容包括:⑴V441Lac是一颗周期为0.3089天的食双星,Agerer等人2001年只获得了白光观测的光变曲线,为了更好的研究 V441 Lac的物理参数和相关性质,在2013年利用中国科学院兴隆基地85cm光学望远镜对WUma型食双星 V441 Lac第一次进行多波段观测研究,获得完整的BVRI四个波段的光变曲线,同时计算出三个新的极小时刻,更新了它的轨道周期为0.30891501天,而且周期呈现增加的趋势,周期增加率为+5.67(0.35)×107d/year,利用 Wilson& Devinney程序第一次求解出它的测光轨道参数(质量比、轨道倾角、温度、表面势等)。我们还做了另一个W Uma型食双星GR Boo,在之前Zhang等人已经利用VRI三个滤光片数据对GR Boo进行观测研究,在光变曲线上没发现两极大不等高现象,所以我们对 GR Boo进行 B、V、R、I四个波段的观测,通过仔细对比,我们发现了O‘Connell效应(即两极大不等高),通过在主星上增加一个恒星黑子,我们拟合出更准确的光变曲线,求出了黑子的物理参数,同时也为GR Boo增加了6个极小时刻值,在 O-C与周期数的关系中,这6个极小时刻值更加认证了GR Boo的轨道周期呈即减小趋势,周期减小率为-2.36×10-7d/year。我们通过对这两颗晚型食双星的研究分析,认为在宇宙中还存在着一个庞大的活动食双星群体等着我们去发现与研究。⑵为了寻找更多的具有活动的食双星,利用大样本数据,即现在运用比较广泛的巡天大数据。作为现在仍处于世界领先水平的LAMOST(郭守敬望远镜)光谱观测仪,所知道的它所观测到的大量的目标星光谱型存在较大的偏差,在文章中,我们就对其中的870个目标星光谱型进行了修正;又将这870颗目标星和 NASA搜寻系外行星的Kepler太空望远镜所观测的同样的目标星进行结合证认,通过 LAMOST的光谱与 Kepler的流量变化曲线的互相证认,我们在LAMOST的870颗食双星中发现了16颗的流量变化曲线具有活动性。
[硕士论文] 茹克娅·热介甫
物理学 新疆大学 2017(学位年度)
摘要:新星爆发是由一颗白矮星和主序星或者红巨星组成的密近双星系统中吸积到白矮星表面的富氢气体发生热核爆发的结果。热核爆发过程中产生的能量足以抛射掉大部分吸积的物质。新星抛射物中包含放射性7Be,22Na,26Al。热核爆发过程中产生的7Be发生β衰变形成7Li。理论研究和观测证据都表明,新星是银河系锂元素增丰的贡献者之一。研究新星和分析新星在银河系尺度内对锂元素增丰的贡献具有非常重要的价值和意义。
  在本文中,我们运用MESA程序计算了碳氧(CO)白矮星和氧氖镁(ONeMg)白矮星新星爆发抛射物中锂元素(7Li)的产量。把白矮星质量和吸积率作为输入参量,我们建立了由79组经典新星爆发模型组成的锂元素产量网格。为了研究银河系新星爆发的爆发率和新星对银河系锂元素增丰的总的贡献,我们根据锂元素产量网格数据,运用快速双星演化程序(BSE)对106个双星系统进行了大样本统计,并将统计结果跟观测结果和其它理论结果进行比较分析和讨论。
  我们的研究结果表明,在相同的输入参量条件下,我们建立的模型所得到的结果和几个相关文献里所得到的结果一致。我们的几个新星爆发模型的7Li产量跟由经典新星V1369Cen所观测到的锂元素的产量一致。根据我们的网格和星族合成方法,我们估算了经典新星对银河系7Li增丰的贡献。我们估算新星爆发每年可以抛射约10?9M⊙的7Li,银河系约10%的7Li来源于经典新星,这个贡献比渐近巨星对7Li元素的贡献多许多。
[硕士论文] 卢杨
材料工程 新疆大学 2017(学位年度)
摘要:目前的原始分子云坍塌到原行星盘形成的天体化学模型不够完善,因为在这些模型中很多重要的物理过程被忽略了。本论文我们提出了一个气相、活性层、冰层—间隙的三相化学模型来模拟分子云坍塌到原行星盘形成的化学演化过程。并且,我们模拟计算了一个简单的原行星盘化学演化过程。
  此模型在两相模型的基础上加入了冰层—间隙反应。冰层内的分子或者间隙内的分子经过光解产生较小的分子进入或者留在间隙中。由于间隙中的自由基较多反应壁垒较小,可以发生复杂的化学反应,生成复杂的有机分子,后期随着原行星盘的温度升高解吸到气相中。同时我们还考虑了H2、CO的自屏蔽效应,提出了新的算法来解决蒙特卡洛耗时长的缺点。
  通过与其它模型的结果对比,我们新建立的三相化学模型可以产生更多的复杂有机分子和活性自由基。我们的模型可以解决以往模型中有些复杂有机分子丰度过低问题。所以我们的模型更加适合分子云坍塌到原行星盘的化学演化。
物理学 新疆大学 2017(学位年度)
摘要:暗物质的存在是粒子宇宙学研究领域中最重要的发现之一,并为随后一系列的天文观测实验所支持。研究表明,宇宙中的物质主要是由暗物质组成,而普通的重子物质只占微小的一部分。暗物质的研究已成为天体物理、粒子物理和宇宙学的交叉热点,其中冷暗物质的观测研究也已成为当今最热门的一个研究领域。较为流行的暗物质候选者是超对称理论模型中被假设的超对称大质量弱相互作用粒子(WIMP)。
  本文主要讨论了非标准宇宙模型更高维的宇宙模型(bmneworld)。几种不同的非标准宇宙学模型(scalar-tensor cosmology和quintessence)中计算出了对称暗物质粒子(粒子χ与其反粒子-χ相同χ=-χ)以及非对称暗物质粒子(粒子χ与其反粒子欠是截然不同的χ≠-χ)的残留密度(relic density)。我们在这个工作中利用与上面工作类似的方法,在braneworld宇宙模型下对非对称暗物质残留密度进行计算。对于暗物质粒子之间的相互作用,我们利用了湮灭散射截面一般表达式〈συ〉=α+6bT/mχ(T是宇宙温度,mχ是暗物质粒子质量),并分别讨论了S-波(b=0)和P-波(α=0)湮灭情形。另外,目前众所认知的暗物质残留密度为=0.1138士0.0045,残留密度的反比值等于湮灭散射截面〈συ〉。braneworld宇宙也是一种非标准宇宙学模型。在这种模型预言BBN以前宇宙膨胀率H会有增长,因而会影响到非对称暗物质粒子的残留密度。
  在我们的工作中讨论了非对称暗物质在非标准宇宙模型中修正的退耦使粒子-反粒子之间的非对称性降低还是增长和宇宙早期膨胀率比标准宇宙快还是慢,非对称暗物质粒子的残留量在这个模型如何改变等。在非标准宇宙学中,如果散射截面足够小,让反粒子的量保持与其粒子数量相同,那么有可能间接探测到非对称暗物质粒子。当只有散射截面和5维普朗克质量尺度因子适当的值时,间接检测信号的约束可用于此类模型。
[硕士论文] 鲍敏
物理学;理论物理 南京师范大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,大规模的光谱巡天计划已获得了大量低红移、大质量发射线星系的光谱。后续的大样本光谱分析表明,星系的恒星质量、金属丰度和恒星形成率之间存在着紧密的联系,比如质量-恒星形成率关系(即主序关系)、质量-金属丰度关系(MZR)、基本金属丰度关系(FMR),为我们理解星系中的恒星形成过程提供了重要的观测制约。这些关系对于更高红移、更低质量和更贫金属丰度的星系是否依然成立?这是理解星系形成和演化图像的关键问题。
  本论文利用SDSS-Ⅳ的eBOSS光谱巡天数据库(v5.10.0),在红移区间0.6<z<0.9中挑选出44个具有[OⅢ]λ4363发射线的恒星形成星系(SFG),用Te直接方法测定了这些星系的气态金属丰度,并定量估计了这些星系的恒星质量和恒星形成率。主要研究结果如下:
  (1)我们的[OⅢ]λ4363样本仅包含贫金属星系,样本的金属丰度(12+log(O/H))均值为7.9,相当于1/6Z☉。样本中包含9个极贫金属星系,其金属丰度低于1/10Z☉。其中最贫SFG的金属丰度为7.25±0.09,大约是太阳金属丰度的1/25。
  (2)与正常金属丰度的z~1SFGs相比,我们样本中的贫金属SFGs整体上具有更加剧烈的恒星形成活动。与本地MZR(Andrews&Martini2013,简称AM13)[4]相比,我们的0.6<z<0.9贫金属SFG样本处在本地MZR的下方,整体偏离了2σ。结合DEEP2、SDF巡天的[OⅢ]λ4363样本,随红移增加,MZR会整体朝金属丰度更低的方向演化。
  (3)将样本按比恒星形成率(sSFR)一分为二,发现低sSFR子样本的金属丰度整体上偏小一些。相对于AM13中的本地MZR[4],两个子样本的金属丰度偏差分布依然完全不同,低sSFR子样本的金属丰度分布具有更显著的向下偏离,而高sSFR子样本则具有更高的气态金属丰度。
  (4)与DEEP2、SDF的[OⅢ]λ4363样本一样,我们的高sSFR子样本能较好地符合AM13中的本地FMR(平均偏离值为-0.11±0.24dex),验证了FMR在红移范围0.6<z<0.9的普适性。低sSFR子样本相对于本地FMR存在一定程度的偏离。
[硕士论文] 曹金娇
物理学;理论物理 南京师范大学 2017(学位年度)
摘要:暗物质和μ子反常磁矩是人们寻找超出标准模型的新物理时经常讨论的问题。当暗物质湮灭成标准模型费米子对时,容易遇到运动学的手征压低,而有文献指出通过引入一个矢量粒子,在它诱导的s-道暗物质湮灭过程中,再辐射一个Higgs粒子,就能显著改变末态粒子运动学结构,从而导致大的湮灭截面。由于该矢量粒子不带有标准模型量子数,因而不会受到目前实验的严格限制。本文进一步研究了该暗物质辐射湮灭机制,并讨论其中的矢量粒子对μ子反常磁矩的贡献,结合目前已有的两方面实验观测数据,找到了合理的共同参数空间。
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