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通过外流驱动空腔的束状莱曼α发射
摘要： 我们研究了Lyα光子通过简化各向异性气体分布的辐射传输过程，这些模型是对常用壳层模型的物理合理拓展。本研究基于以下认知：(i) 壳层模型并非总能复现观测到的Lyα光谱线轮廓；(ii) (典型)壳层模型不允许电离光子逃逸；(iii) 观测与理论均表明星风是更为复杂、具有各向异性的现象。我们考察了倾角对Lyα光谱、相对流量及逃逸分数的影响。研究发现，根据模型参数范围的不同，光子流量会增强/抑制数倍——若忽略尘埃影响，等效宽度也会相应提升同等幅度。总体而言，较低的平均光学深度往往会减弱各向异性的影响（符合预期）。我们发现，在系统速度处偶尔呈现三峰结构的光谱中，其峰值与视线方向上存在低光学深度空腔的现象具有相关性。这对于搜寻高红移星系泄漏的电离光子具有重要意义，因为这些光子也能通过该空腔逃逸。
关键词： 辐射转移，星系：高红移
更新于2025-09-23 15:23:52
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一种用于解释CLASP观测结果的统计推断方法
摘要： 2015年9月3日，色球莱曼阿尔法光谱偏振仪（CLASP）成功测量了太阳盘面辐射中氢莱曼α线散射过程产生的线性偏振，揭示出Q/I和U/I信号的显著空间变化。通过汉勒效应，谱线中心的Q/I和U/I振幅编码了色球-日冕过渡区磁场的信息，但它们也对这个褶皱界面区域的三维结构敏感。借助一个简单的谱线形成模型，我们在此提出一种统计推断方法来解释CLASP观测到的莱曼α线中心偏振。
关键词： 方法：统计、太阳：色球层、辐射转移、太阳：过渡区、偏振
更新于2025-09-23 15:22:29
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2011年9月6日耀斑中由束流电子引发的失而复得日震
摘要： 2011年9月6日和7日，活动区NOAA 11283产生了两次X级耀斑，已有多位学者对此进行过深入研究。其中9月6日的X2.1级耀斑与该区域产生的首批同源白光耀斑相关，但尽管9月7日第二次耀斑检测到了日震信号，此次耀斑却未发现相应日震。本文通过出射功率的统计显著性分析首次观测到该耀斑的日震现象，并经由定向全息术和时距图验证。表面波前呈现向西北方向的定向偏好。我们结合电子束加热耀斑大气的辐射流体动力学模型与超音速激波在太阳内部产生声波的流体动力学模型来解释此次日震及相关耀斑辐射。耀斑大气流体动力学模型产生以超音速向光球层及下方传播的流体动力学激波。我们首次推导出激波在特定深度沉积时的速度（最高达140公里/秒）和起始时间（耀斑爆发后约50秒），这些激波参数通过该耀斑硬X射线和白光辐射的辐射特征得到证实。研究发现耀斑下方内部的激波传播会产生沿激波传播方向拉长的声波，从而在太阳表面形成各向异性波前。通过将太阳表面检测到的地震特征与模拟激波速度推导的声波前模型相匹配，我们推断激波必须以约30°倾角向当地太阳垂直方向沉积。因此，本研究改进的地震探测技术与双流体动力学模型相结合，为太阳耀斑中地震特征的观测和解释开辟了新途径。
关键词： 太阳：X射线、伽马射线、辐射转移，太阳：耀斑，太阳：日震学，流体动力学
更新于2025-09-23 15:21:21
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利用Hα荧光确定红移z?0处的宇宙紫外背景的MCMC方法。
摘要： 在一篇近期论文（Fumagalli等人，2017年）中，我们报道了利用欧洲南方天文台甚大望远镜的多单元光谱探测仪（MUSE），在邻近的侧向盘状星系UGC 7321外围检测到弥散的Hα辉光。通过将Hα辐射解释为外部（即河外）辐射场电离氢产生的荧光效应，我们估算出红移z≈0处的紫外背景（UVB）强度——以氢原子电离率（每个离子）计——处于ΓHI～6?8×10?1? s?1范围内。本研究通过对UGC 7321气体盘的大量模型进行辐射传输计算，优化了该估算值，并通过马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）分析得出光电离率值为ΓHI=7.27+2.93?2.90×10?1? s?1。特别地，我们的分析表明该数值对星系模型的重大变化具有稳健性，且不确定性主要源于观测到的Hα面亮度相关误差。本测量结果与采用完全独立技术（即莱曼α森林的流量衰减分析）获得的若干近期同类测定值相符，并支持低红移紫外背景主要由活动星系核（AGN）主导的观点，可能无需来自恒星形成星系的额外贡献。
关键词： 辐射转移，方法：数值计算，宇宙学：理论，星系际介质
更新于2025-09-23 15:21:21
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利用氢莱曼线轮廓对日珥精细结构进行非局部热动平衡建模
摘要： 目的：我们对2005年5月18日观测到的宁静日珥的莱曼线光谱进行了详细的统计分析。 方法：以二维单丝日珥精细结构模型生成的合成莱曼光谱轮廓对比为起点，对观测到的莱曼光谱进行完整统计分析。我们采用具有随机位置和视线速度的二维多丝精细结构模型，获取具有统计显著性的合成莱曼线轮廓数据集。首次使用由非等同丝状体组成、且观测视角偏离磁场垂直方向的多丝模型。 结果：通过比较表征合成与观测谱线轮廓特性的三个统计参数直方图（积分强度、莱曼递减比以及中心反转强度与峰值平均强度之比），研究了2005年5月18日SOHO/SUMER光谱仪观测的日珥等离子体特性。由此揭示了日珥精细结构的柱质量与中心温度。
关键词： 辐射转移，谱线：轮廓，方法：统计，太阳：暗条，日珥
更新于2025-09-23 15:21:21
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活动星系核的光学与紫外偏振建模
摘要： 背景：越来越多的证据表明，活动星系核（AGN）的散射区域中至少有一部分呈现团块状结构。目前仪器无法对AGN内部组件进行空间分辨，必须通过观测光谱和偏振数据的数值模拟来研究。 目标：我们在光学/紫外波段运行辐射传输模型，针对不同团块状散射介质分布的多种AGN再处理区域进行研究。通过获取对几何形态敏感的偏振光谱和图像，改进我们之前的AGN模型及其与观测数据的对比。 方法：采用本系列前两篇论文提出的蒙特卡洛代码STOKES最新公开版本1.2，对形态复杂度递增的AGN再处理区域进行建模。我们将先前均匀密度的介质替换为多达数千个恒定密度的团块。将连续光源与碎片化的赤道散射区域、极向外流以及环状遮蔽尘埃区域耦合，研究广泛的几何形态。同时考虑每个散射区域的不同碎片化程度，以评估其对AGN净偏振的重要性。 结果：与均匀密度模型相比，气体和尘埃云的赤道分布会产生更灰暗的光谱，并在所有视线方向上显示净偏振百分比的下降。所得偏振位置角取决于团块结构的形态——延展环面倾向于平行偏振，而紧凑环面则产生正交偏振位置角。对于极向散射区域，除非云填充因子较小，否则碎片化会增加净偏振。由各个碎片化区域构建的完整AGN模型可产生低偏振百分比（<2%），当环面半开角为60°时，观测者倾角达70°仍保持平行偏振角；而对于II型观测角度，偏振转为正交并上升至约50%。 结论：我们的建模表明，引入碎片化尘埃环面会显著改变AGN的最终净偏振。将模型与大量AGN样本的偏振观测数据对比后，几何形态紧凑的团块状环面明显比延展环面更符合观测结果。
关键词： 散射、辐射转移、活动星系、偏振、塞弗特星系
更新于2025-09-23 15:21:21
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太阳耀斑期间的SI iv共振线发射：非局部热动平衡、非平衡辐射传输模拟
摘要： 界面区域成像光谱仪常规观测硅IV共振线。分析这些谱线的宁静态观测时，通常假设它们形成于光学薄条件下。该假设对宁静太阳可能成立，但也被应用于更极端的耀斑场景。我们采用RADYN代码计算的36组电子束驱动辐射流体力学太阳耀斑模拟数据，检验这一假设的合理性。基于这些模拟大气，通过求解辐射传输方程，获得了包含电荷交换过程的非局部热动平衡、非平衡态硅原子模型种群数、谱线轮廓及不透明度（采用RADYN"少数物种"版本实现）。电荷交换效应导致相当比例的硅IV在低于电离平衡预测温度的较冷环境中形成。所有注入能通量F>5×10^10 erg cm^{-2} s^{-1}的模拟均产生硅IV发射的光深效应，其强度与谱线形态均不同于光学薄计算结果。较弱耀斑（低至F≈5×10^9 erg cm^{-2} s^{-1}）的硅IV发射也因其他束流参数差异而形成于光学厚条件。当不透明度显著时，大气在40-100kK温区的柱质量普遍超过5×10^{-6} g cm^{-2}，硅IV形成温度介于30-60kK之间。我们建议在分析硅IV耀斑观测数据或进行未包含完整辐射传输计算的合成辐射计算时保持审慎态度。
关键词： 太阳：紫外线辐射、谱线：形成、辐射转移、太阳：耀斑、太阳：过渡区、方法：数值计算
更新于2025-09-22 13:15:03
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量化莱曼连续谱逃逸分数的分布
摘要： 模拟结果表明，大部分逃逸的莱曼连续谱（LyC）光子通过少数具有近乎完全透明性的立体角区域逃逸，而其余大部分立体角区域则基本不透明，这导致从不同角度观测时逃逸率呈现极宽且偏斜的概率分布函数（PDF）。因此，沿特定视线方向观测到的星系LyC光子逃逸率仅反映该视线方向上星际介质的特性，可能无法准确表征星系全天空范围内的真实平均逃逸率。本研究利用高分辨率大尺度宇宙辐射流体动力学模拟，探究z=4-6时期星系中LyC光子的逃逸机制。我们计算了模拟观测样本平均逃逸率（?f_esc?）的PDF随样本量的变化情况，并与采用无限样本量时的真实平均值进行对比。研究发现：当样本量较小时，表观平均值会向低端偏斜。例如当真实平均值为6.7%时，z=4时期(2,10,50)个星系的观测样本有2.5%概率获得低于(0.007%、1.8%、4.1%)的样本均值，同时有2.5%概率获得高于(43%、18%、11%)的样本均值。模拟表明至少需要叠加约100个星系，才能将真实逃逸率的约束不确定性控制在20%以内。
关键词： 黑暗时代、再电离、第一代恒星、宇宙背景辐射、高红移星系、星系紫外辐射、辐射转移、宇宙大尺度结构
更新于2025-09-23 02:43:20
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一个开源的、大规模并行的非局部热动平衡（non-LTE）光谱线合成与反演以及塞曼效应引起的斯托克斯参数轮廓处理代码
摘要： 随着新一代太阳望远镜和仪器的出现，解读色球层观测数据（特别是光谱偏振测量）需要新的适用诊断工具。本文介绍了一个新开发的代码NICOLE，该程序专为斯托克斯非局部热动平衡辐射传输设计，能够合成与反演从光球层到色球层大范围大气高度的光谱线及塞曼效应极化轮廓。该代码具有多项独特功能，采用全新架构并配备强大的并行计算方案，适用于超级计算机处理海量数据集。源代码完全采用Fortran 90/2003编写，严格遵循ANSI标准以确保最大兼容性与可移植性。现公开发布该代码，旨在便于其他研究团队后续分支开发以增强其功能。
关键词： 太阳：光球层、偏振、太阳：元素丰度、辐射转移、太阳：色球层、太阳：磁场
更新于2025-09-23 14:58:34
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通过合成太阳光学、紫外和射电光谱反演得到的温度约束
摘要： 背景：如今借助阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA），已能对太阳色球层进行毫米波波段的高分辨率观测，这为解决太阳物理学中的诸多悬而未决的问题带来了希望。与其他地基和天基望远镜的观测相比，与ALMA协同开展的研究将获益匪浅，但光学、紫外与毫米波联合观测的诊断潜力大多尚未得到评估。 目的：本文探究毫米波波段能否辅助现有反演方案，从而更准确地还原太阳大气的温度结构。 方法：我们对三维辐射磁流体力学模拟快照的出射光谱进行了多次非局部热动平衡（non-LTE）反演实验。除考虑部分频率再分布效应的常见谱线诊断（如Ca II H、K、8542 ?和Mg II h、k谱线）外，还纳入了1.2毫米和3毫米附近的连续谱。 结果：研究发现，在反演中加入毫米波连续谱能更准确地推断随光学深度变化的温度。将ALMA波段与其他诊断手段结合，可提升对log τ约[?6, ?4.5]区间色球层温度的反演精度——该区间内Ca II和Mg II谱线与局域条件的耦合较弱。但同时发现，光学与紫外谱线的多原子非局部热动平衡联合反演对低色球层具有同等强度的约束力，因此1.2毫米波段对此并无显著改善。不过，要更好地约束中高层色球层，仍需3毫米波段。
关键词： 太阳：射电辐射、辐射转移、太阳：大气层、太阳：色球层
更新于2025-09-09 09:28:46