类星体的空间分布和光度函数.pdf
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§9 类星体的空间分布和光度函数
§9.1 统计方法
§9.1.1 两点相关函数
1. 两点相关函数
讨论体积 V 内N 个天体的系统。不考虑天体的形态和结构,每个天体看成
是空间中的一个点。这些点的空间分布特征可用所谓 n 点相关函数来描述。最简
单的是两点相关函数。
从系统中随机地选定一个天体。在距该天体 r 处的体积δV 内找到一个天体
的概率是
δP = n δV[ 1+ ξ(r)] , (9.1)
这里,n 是天体的平均数密度,与天体的坐标无关。显然,如果天体的分布是均
匀的或随机的,则
δP = n δV , (9.2)
因此,ξ(r) = 0.
ξ(r) 0 时就反映了天体空间分布的密集程度超过随机分布。由于讨论的只
是两个天体(天体“对”) ,因此,ξ(r)称为两点相关函数。
体元δV 可取为 r → r + δr 间的壳层,因此,(9.1)和(9.2)代表了找到间距
在 r → r + δr 间的天体对的概率。这样,单位体积内间距在 r → r + δr 间的
天体对的数目可写为
N(r) = N (r)[1+ξ(r)] , (9.3)
r
其中,N (r)为随机分布时天体对的数目。因此,两点相关函数ξ(r)可表为
r
N (r)
ξ(r) = - 1 . (9.4)
N r (r)
对于一个实际的样本,选定了间格δr 后,天体对的数目 N(r)可直接求出。
至于随机样本天体对的数目 N (r),则可从计算机产生的随机样本求出。由于计
r
算机产生的是伪随机数,通常都用多个(例如,100 个或更多)随机样本的平均作
为真实的随机样本。这样,不仅可以求出ξ(r),还可求出其方差σ :
n −
∑(x i −x) 2
σ = i 1 , (9.5)
n −1
式中 n 为随机样本的数目,x i 为第 i 个随机样本落在某个间格里的天体对的数目,
1
−
x 则为天体对的平均数目。
从ξ(r)和σ ,再利用适当的统计检验,就可以判断该样本中天体的分布偏离
随机分布的程度了。
天文中常碰到二维甚至一维分布的样本。这时,只须将(9.4)式中的变量做适
当改变。例如,讨论天球上天体的分布时采用角距作为变量。
两点相关函数只用了天体对的信息。如果要利用更多天体的信息,则可类似
地定义三点相关函数、四点相关函数等等。有兴趣的读者可参阅 Peebles(1980)[1]
的书。
两点相关函数也可用来研究两类天体,例如类星体和星系之间的关系。此时,
天体对中的两个天体分别取为两类天体中的一个。这样得到的相关函数常称为交
叉相关函数。
两点相关函数在研究天体的空间分布和天体间的相关方面是非常有效的,计
算也很简单,因此,被广泛采用。当然,它也有弱点。例如,它特别敏感于边缘
效应,因此,必须对结果做某种改正。
2. 两点相关函数的推广
在确定两点相关函数时,最重要的是确定间隔(bin )的大小。一般来说,样
本的数目不多,数密度也不大,如果间隔取得太小,包含的天体对的数目就太少,
将造成很大的起伏。如果间隔取得太大,虽然每个间隔包含了足够的天体对,但
间隔数又可能太少,导致统计效果降低。
为了克服这个缺点,Mo et al.(1992)[2]、Mo Fang(1993)[3]在统计中用积分形
−
式的两
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