| Abstract | Kvazari su klasa najudaljenijih astrofizičkih objekata čijim proučavanjem možemo detaljno proučavati povijest svemira kroz zadnjih 12 milijardi godina. Niz značajki vidljiv u spektrima kvazara, poput emisijskih linija kvazara i linija nastalih apsorpcijom na oblacima medugalaktičkog plina između nas i kvazara koje nazivamo Lyman a šumom, sadrže mnoštvo korisnih informacija za izučavanje kozmoloških pitanja. Lyman a šuma je korisna u istraživanjima koja proučavaju raspodjelu barionske i tamne materije u svemiru, akustične barionske oscilacije, povijest širenja svemira, određuju kozmološke parametre i mnoge druge. Cilj ovog rada je proizvesti sveobuhvatan skup simuliranih spektara kvazara i pritom konstruirati alat koristan za izučavanje širokog raspona znanstvenih pitanja koja proizlaze iz spektara kvazara. Fokus rada je na simuliranju spektara iz Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Simulirani spektri biti će korišteni u sklopu projekta koji za cilj ima proučavanje anizotropije svemira. Ovaj projekt analizira spektre velikog broja kvazara iz Objave podataka 101 u potrazi za varijacijama u optičkoj dubini neutralnog vodika u svim dostupnim smjerovima i na svim udaljenostima. Ovaj rad izlaže motivaciju i postupak kreiranja simuliranih spektara i neće se baviti opisivanjem spektralne analize korištene u projektu. Simulirani katalog, finalni produkt ovog rada, pomoći će pri otkrivanju i otklanjanju sistematskih efekata prisutnih u stvarnom uzorku, povećati pouzdanost u korištene metode i pomoći u interpretaciji rezultata. Ovaj rad nastao je na temelju prethodnog programa za simulaciju spektra kvazara, QSOSIM9, kojeg je napisao John K. Webb. Nova verzija spomenutog programa, nazvana QSOSIM10, simulira Lyman a šumu karakterizirajući ju kao niz apsorpcijskih linija u spektru. Novi program unaprijeđuje prethodnu verziju uključivanjem većeg broja emisijskih linija, novih modela evolucije međugalaktičkog medija i raspodjele stupčane gustoće2 oblaka vodika u njemu. Nadalje, program koristi statističke metode kako bi simulirao fizikalne efekte poput zgrudnjavanja oblaka međugalaktičkog plina u jata duž doglednice, inverznog efekta u blizini kvazara3 i apsorpcije na metalima u oblacima. Program također koristi kod za simulaciju plazme CLOUDY i kod za simulaciju propagacije zračenja CUBA za modeliranje apsorpcije na metalima i kozmičke ultraljubičaste pozadine. Osim u gore navedene svrhe, kod i njegovi rezultati biti će podobni za mnoge druge primjene. Ovaj produljeni sažetak namjenjen je vodenju čitatelja kroz engleski tekst rada. Svaki dio produljenog sažetka ukratko izlaže sadržaj i pojašnjava bitne koncepte pojedinog poglavlja u radu. Prvo poglavlje daje kratki osvrt na povijest razvoja fizikalne kozmologije, izlaže detalje o Sloan Digital Sky Survey (SDSS) – najvećem modernom pregledu neba, pojašnjava ulogu simulacija u kozmologiji, daje pregled povijesti kvazara i njihove važnosti za kozmologiju, te izlaže probleme čije rješavanje je motiviralo ovaj rad. Drugo poglavlje daje pregled već postojećeg programa za simulaciju spektra kvazara, QSOSIM9, te izlaže pretpostavke i modele korištene za simulaciju spektra. Treće poglavlje je ujedno i središnji dio ovog rada. Ovo poglavlje predstavlja unaprijeđenja uvedena u QSOSIM10. Poglavlje izlaže teorijsku pozadinu novih modela emisijskih linija kvazara, raspodjele stupčanih gustoća neutralnog vodika u intergalakti čkom mediju, evolucije broja apsorpcijskih linija u Lyman a šumi, zgrudnjavanje oblaka duž doglednice, distribucije širina apsorpcijskih linija, uporabe programa CLOUDY za modeliranje apsorpcije na metalima i uporabe programa CUBA za modeliranje inverznog efekta. Konačno, poglavlje opisuje modeliranje karakteristika SDSS spektroskopa i njihovo uvođenje u konačni spektar. Rezultati programa QSOSIM10 predstavljeni su u četvrtom poglavlju. U ovom poglavlju dana je usporedba simuliranih spektara i spektara opaženih u SDSS-u te su raspravljeni testovi za kvantifikaciju slaganja simuliranih i realnih spektara. Peto poglavlje zaključuje ovaj rad raspravom o mogućim primjenama i planovima za buduća poboljšanja programa QSOSIM10. |
| Abstract (english) | Quasars are the most distant astrophysical objects in the observable Universe that can be studied at high precision. The features seen in their spectra shed light onto the evolution of the Universe in the last 12 billion years. The quasar’s emission line properties and the absorption features created by intervening gas clouds, known as the Lyman a forest, contain a wealth of data useful in cosmological studies. They can be used to directly probe the distribution of baryonic and dark matter, to study baryonic acoustic oscillations, the expansion history of the Universe, locate anisotropies, constrain cosmological models, and many more. The purpose of this thesis is to generate a comprehensive set of simulated quasar spectra, providing an important tool for exploring a wide range of scientific topics derivable from observed quasar spectra. The main focus will be on Sloan Digital Sky Survey data, motivated by a project seeking to constrain any large-scale anisotropies in the Universe. The project uses quasar spectra from Data Release 10 to look for variations in the observed optical depth of neutral hydrogen across the sky, at any given redshift. This thesis will not discuss the actual spectral analysis performed to study the opacity of neutral hydrogen, but will focus on the necessity and production of mock data. Mock catalogues will allow us to identify and remove systematic errors, provide quantitative checks on other statistical methods used, and help to interpret scientific results. To produce the artificial quasar spectra with the observed properties of the Lyman a forest, I continued on previous work of John K. Webb and his program QSOSIM9. My new version of the program, QSOSIM10, generates the Lyman a forest under the assumption that the forest is represented fairly well by a set of discrete absorption lines. The program features an far more extensive set of the emission line features and new models of the column density and redshift distributions of neutral hydrogen, derived from high-resolution quasar spectra. The simulated spectra include physical effects seen in real spectra, such as the clustering of the intergalactic medium along the line-of-sight, the quasar proximity effect, and the heavy element transitions statistically, using known parameter distributions. The simulations employ the use of CLOUDY (a plasma simulation code) and CUBA (a radiative transfer code) calculations to derive heavy element column densities and model the cosmic ultraviolet background. The simulated spectra and the software developed in this thesis will also be suitable for other applications. |
