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超致密矮星系的潮汐剥离演化序列

科学通报 2024年第4期69卷 473-475页

作者：王凯翔刘成则北京大学物理学院天文学系北京100871 北京大学科维理天文与天体物理研究所北京100871 上海交通大学物理与天文学院天文学系上海200240 上海交通大学李政道研究所上海200240

长期以来,星系(galaxy)和星团(star cluster)被认为是截然不同的两类天体.星系在暗物质晕中诞生成长,有较为复杂的恒星形成历史,是由大量恒星、气体、尘埃和暗物质等物质组成的天体系统,往往有着庞大的结构.星系的形态也多种多样,包括... 详细信息

长期以来,星系(galaxy)和星团(star cluster)被认为是截然不同的两类天体.星系在暗物质晕中诞生成长,有较为复杂的恒星形成历史,是由大量恒星、气体、尘埃和暗物质等物质组成的天体系统,往往有着庞大的结构.星系的形态也多种多样,包括椭圆星系、旋涡星系、不规则星系等.多个星系通常以星系群和星系团的形式存在,形成宇宙中大尺度结构的同时,也互相影响着各自的演化轨迹.

关键词：大尺度结构旋涡星系不规则星系椭圆星系恒星形成星系群星系团暗物质

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复杂系统与计算统计物理

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第4期54卷 35-44页

作者：徐莉梅金瑜亮孙刚周海军赵鸿马余强北京大学物理学院北京100871 中国科学院理论物理研究所北京100190 北京师范大学物理学系北京100875 厦门大学物理科学与技术学院厦门361005 南京大学物理学院南京210093

用统计物理和计算物理方法研究复杂系统是当前物理科学的重要前沿之一.本文主要针对国家自然科学基金“计算物理”申请代码所覆盖的“复杂系统与计算统计物理”方向的现状和前沿挑战进行简单介绍,探讨新兴领域,并对其未来发展进行展望.

关键词：复杂系统统计物理计算方法无序体系非平衡热力学非线性动力学

非微扰的极早期宇宙现象学:共振的原初扰动与非高斯尾巴

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天文学报 2024年第3期65卷 1-27页

作者：蔡一夫何鑫宸马潇汉中国科学技术大学物理学院天文学系合肥230026 深空探测实验室合肥230026

在精确宇宙学的时代,多信使、高精度、小尺度的宇宙学观测在帮助人们从更加深刻的层面理解宇宙极早期的同时,也给基于线性近似和微扰展开宇宙学扰动理论带来了新的挑战.近年来,对原初引力波和原初黑洞的搜寻使得研究人员们对早期宇宙在... 详细信息

在精确宇宙学的时代,多信使、高精度、小尺度的宇宙学观测在帮助人们从更加深刻的层面理解宇宙极早期的同时,也给基于线性近似和微扰展开宇宙学扰动理论带来了新的挑战.近年来,对原初引力波和原初黑洞的搜寻使得研究人员们对早期宇宙在小尺度上的非线性非微扰过程产生了浓厚的研究兴趣.综述了在宇宙学小尺度上关于原初黑洞产生以及引力波研究取得的诸多进展,重点关注了使用Mathieu方程的共振效应来研究小尺度功率谱放大以及诱导产生可观测的原初引力波的方法.此外,还尝试探讨了非高斯尾巴对原初黑洞形成的影响.发现Mathieu方程所具备的共振效应可以提供一种有效的方法来刻画原初宇宙中小尺度的非微扰动力学过程,从而能够更好地理解原初黑洞的形成以及相关的引力波产生机制.同时,非微扰的非高斯性在原初黑洞形成中可能会产生不可忽视的影响.

关键词：宇宙学:暴胀理论早期宇宙原初引力波非高斯性原初黑洞

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动力学计算与模拟

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第4期54卷 25-30页

作者：李新征赵瑾孟胜龚新高北京大学物理学院北京100871 中国科学技术大学物理系合肥230026 中国科学院物理研究所北京100190 复旦大学物理学系上海200438

动力学计算与模拟致力于从基本物理定律出发,再现或预测凝聚态系统的时间演化过程.它不仅可以帮助人们在微观层面理解实验中观测到的动力学性质,也可以帮助人们设计具有特殊动力学性质的新型材料.本文以动力学计算与模拟为题,基于“计... 详细信息

动力学计算与模拟致力于从基本物理定律出发,再现或预测凝聚态系统的时间演化过程.它不仅可以帮助人们在微观层面理解实验中观测到的动力学性质,也可以帮助人们设计具有特殊动力学性质的新型材料.本文以动力学计算与模拟为题,基于“计算物理”新学科代码设置时对该研究方向的规划,综述其中相关研究进展,探讨新兴领域,并对其未来发展进行展望.

关键词：计算物理动力学申请代码研究方向国家自然科学基金

利用脉冲星计时阵列限制标量诱导的随机引力波背景

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科学通报 2024年第12期69卷 1517-1519页

作者：周柄辰宇宙线教育部重点实验室(西藏大学) 拉萨850000 西藏大学理学院物理系拉萨850000 中国科学技术大学天文与空间科学学院合肥230026 中国科学技术大学物理学院深空探测实验室/天文学系合肥230026

引力波是由爱因斯坦广义相对论预言的一种天文现象,已经在双脉冲星系统和黑洞合并事件中被观测到,也是我们研究早期宇宙的一种特殊探针.与受各种天体物理过程影响的电磁波不同,引力波可以捕捉到原初宇宙的纯净信息.在针对原初宇宙的研究... 详细信息

引力波是由爱因斯坦广义相对论预言的一种天文现象,已经在双脉冲星系统和黑洞合并事件中被观测到,也是我们研究早期宇宙的一种特殊探针.与受各种天体物理过程影响的电磁波不同,引力波可以捕捉到原初宇宙的纯净信息.在针对原初宇宙的研究中,暴胀宇宙学[1]是一种被广泛接受的理论,解释了宇宙微波背景辐射中观察到的各向异性.在暴胀期间,量子涨落通过时空的膨胀迅速延伸到宇宙尺度,随后缓慢演化,最终形成了我们今天看到的大尺度结构.这些扰动的统计性质可以提供关于宇宙膨胀早期阶段的信息,涵盖了大约e 7倍的开始阶段.然而,为了解释我们今天所看到的宇宙,需要大约e 60倍的膨胀过程,其中仍然有约e 50倍的阶段是不确定的.在暴胀后期阶段,退出哈勃半径的涨落对我们宇宙中的小尺度各向异性贡献至关重要,这些涨落会受到非线性天体物理过程的影响.另一方面,在热大爆炸阶段之前产生的引力波信号可以为我们提供关于小尺度的现象学信息.

关键词：大尺度结构天文现象暴胀宇宙宇宙膨胀引力波哈勃早期宇宙量子涨落

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分辨超大质量黑洞吸积盘的结构

科学通报 2024年第13期69卷 1686-1697页

作者：孙谋远周淑英厦门大学物理科学与技术学院天文学系厦门361005

超大质量黑洞吸积盘是活动星系核的中心引擎.理解超大质量黑洞吸积盘的结构对认识超大质量黑洞的质量演化、活动星系核的反馈和引力透镜宇宙学等重大天体物理问题有着重要的意义.利用射电干涉技术,天文学家已经能对银河系和M87中心超大... 详细信息

超大质量黑洞吸积盘是活动星系核的中心引擎.理解超大质量黑洞吸积盘的结构对认识超大质量黑洞的质量演化、活动星系核的反馈和引力透镜宇宙学等重大天体物理问题有着重要的意义.利用射电干涉技术,天文学家已经能对银河系和M87中心超大质量黑洞周围的吸积气体进行空间分辨,进而对黑洞“成像”.然而,绝大部分超大质量黑洞吸积盘太小且距离地球过于遥远,无法被现有空间和地面望远镜直接进行空间分辨.天文学家借助时域观测,利用微引力透镜和连续谱反响映射来研究超大质量黑洞吸积盘的结构.上述两种方法给出的超大质量黑洞吸积盘的尺寸都显著大于标准薄盘的预期.这一观测与理论的矛盾被称为“吸积盘尺寸超出”问题.本文从观测和理论的角度,综述“吸积盘尺寸超出”问题研究方面取得的进展、面临的问题以及可能的解决方案.我们认为,只有在正确理解活动星系核光变的物理起源后,天文学家才能正确分辨超大质量黑洞吸积盘的结构.

关键词：超大质量黑洞黑洞吸积活动星系核微引力透镜反响映射

国家自然科学基金新增代码“计算物理”内涵及重要研究领域

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第4期54卷 2-9页

作者：姜向伟李新征王磊刘强倪培根董国轩马琰铭马余强段文晖林海青方忠龚新高向涛国家自然科学基金委员会数学物理科学部北京100085 北京大学物理学院北京100871 中国科学院物理研究所北京100190 吉林大学物理学院长春130012 南京大学物理学院南京210093 清华大学物理系北京100084 浙江大学物理学院杭州310027 复旦大学物理系上海200438

计算、实验和理论并称为物理学研究的三种范式,在当代物理学发展中扮演着不可替代的角色.随着人工智能和量子计算的快速发展,计算物理学正在孕育研究范式的巨大变革,亟需从国家科技发展战略上予以高度重视.基于这种认识,国家自然科学基... 详细信息

计算、实验和理论并称为物理学研究的三种范式,在当代物理学发展中扮演着不可替代的角色.随着人工智能和量子计算的快速发展,计算物理学正在孕育研究范式的巨大变革,亟需从国家科技发展战略上予以高度重视.基于这种认识,国家自然科学基金委员会(以下简称基金委)新增申请代码“A2015计算物理”.本文简要介绍这一新设置的背景与过程,并探讨其资助内涵及关键研究领域.我们希望通过本文,帮助研究人员及时掌握物理学科代码设置的最新动态,更新自然科学基金信息系统中的个人情况,并有效地进行项目申请.

关键词：计算物理物理学申请代码研究方向国家自然科学基金

探测激子极化激元在超薄范德华微晶中的光传播

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Chinese Journal of Chemical Physics 2024年第1期37卷 35-42,I0001-I0004,I0117页

作者： Talha Ijaz 边琦曹琰丁皓璇陈晓瑞卢欢杨树邢雪婷方思敏刘孟源张鑫高健智潘明虎陕西师范大学物理学与信息技术学院西安710062 华中科技大学物理学院武汉430074 洛阳师范大学物理与电子信息学院洛阳英国伯明翰大学物理与天文学院伯明翰B152TT 西安文理学院机械与材料工程学院西安710065 陕西师范大学地理与旅游学院西安710119 复旦大学信息科学与工程学院上海200433 珠海复旦创新研究院珠海519000 西北大学物理学院西安710069

激子极化激元是一种准粒子,过渡金属二硫族化合物材料即使在室温下也能支持传播激子极化子,是非常好的纳米光子学研究平台.已有研究表明,通过散射型扫描近场光学显微镜可以对过渡金属二硫族化合物薄片中激子极化激元进行实空间探测,但... 详细信息

激子极化激元是一种准粒子,过渡金属二硫族化合物材料即使在室温下也能支持传播激子极化子,是非常好的纳米光子学研究平台.已有研究表明,通过散射型扫描近场光学显微镜可以对过渡金属二硫族化合物薄片中激子极化激元进行实空间探测,但波导厚度仅限于低至30 nm.本文采用三种不同波长的入射光(1550和1064 nm的近红外以及633 nm的可见光),通过基于原子力显微镜的散射型扫描近场光学显微镜测量,探测到MoS2和WSe2薄片中激子极化子普通横电模式的纳米光学成像.在厚度分别低至~3 nm(相当于4原子层)和~8 nm(相当于12原子层)的超薄MoS2和WSe2薄片上,可以清楚地观察到干涉条纹图案,大大打破了之前的测量厚度限制.当厚度接近几个原子层时,波矢量始终保持在1.6k0~1.7k0左右,而不是理论预言的1k0.这些模式的特性表明,体系是由近乎悬浮的过渡金属二硫族化合物薄片的三层对称波导构成,其对激子极性子的传播产生限域效应.研究结果为探索基于超薄过渡金属二硫族化合物材料的近红外区极化器件提供了深入的理解和开辟了新的途径.

关键词：二维过渡金属二硫族化合物材料散射型扫描近场光学显微镜激子极化子

太阳高能粒子强度与日冕物质抛射及其Ⅱ型射电暴的关系

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物理学报 2024年第7期73卷 368-381页

作者：严豪丁留贯封莉顾斌南京信息工程大学大气物理学院南京210044 无锡学院大气与遥感学院无锡214105 中国科学院紫金山天文台南京210008 南京信息工程大学物理与光电工程学院南京210044

本文选取了第24太阳活动周2010年1月至2014年9月期间的快速、大角宽日冕物质抛射(CME)事件,结合不同约束条件下Richardson(2014)太阳高能粒子(SEP)强度经验模型输出结果,分析了CME属性、先行CME(pre-CME)、Ⅱ型射电暴等观测特征对SEP强... 详细信息

本文选取了第24太阳活动周2010年1月至2014年9月期间的快速、大角宽日冕物质抛射(CME)事件,结合不同约束条件下Richardson(2014)太阳高能粒子(SEP)强度经验模型输出结果,分析了CME属性、先行CME(pre-CME)、Ⅱ型射电暴等观测特征对SEP强度的影响,探讨了SEP事件的产生及其强度与这些特征的关系.主要结论如下:1)快速CME前13 h内是否存在pre-CME对模型预测效果和快速CME是否产生SEP事件有明显影响,但pre-CME的数量对模型输出结果没有明显改善.2)相比于无Ⅱ型射电暴伴随的快速CME而言,伴随Ⅱ型射电暴的CME爆发产生SEP事件的误报占比明显更低(42%),以此为约束条件,可更加突显大SEP事件(如峰值≥0.01 pfu/Me V)的模型预测值与观测值的关联;如果考虑射电增强,则SEP事件的误报占比可进一步下降至29.4%,模型预测效果显著提升.3)Ⅱ型射电暴的起始频率和结束频率对误报占比的影响不大,以此作为条件约束对模型预测效果提升不明显.4)如考虑Ⅱ型射电暴的细分类型作为模型约束条件,伴随多波段Ⅱ型射电暴的CME比单一波段事件具有更好的模型预测效果,如m-DH-kmⅡ型射电暴事件,具有较低的误报占比(35.4%),准确率较高.研究结果显示,除了CME的速度和角宽参数外,pre-CME、Ⅱ型射电暴及其增强、多波段类型等特征作为CME产生SEP事件的约束条件,SEP预测强度与观测强度具有较好的一致性,可以获得较优的模型预测效果.这也进一步表明了伴随有pre-CME、多波段Ⅱ型射电暴及其增强的快速大角宽CME更容易产生SEP事件,这些特征可作为SEP-rich类CME的辨别信号.

关键词：太阳高能粒子日冕物质抛射 Ⅱ型射电暴