星系相互作用的一个结果:环星系形成的数值模拟

通过数值模拟相互作用星系（包括靶星系和入侵星系）的碰撞，研究环星系的形成．由于采用旋涡结构作为靶盘试验星分布函数，不同于Toomre采用一系列同心圆作为试验星的分布函数，模拟得到环的结构比Toomre的模拟更接近于实际环星系．     

河外星系中的厚盘

自1979年以来,越来越多的观测证据表明,在许多盘状星系中普遍存在厚盘成分,它们在结构、化学组成和运动学等方面与薄盘有着明显的不同.一般而言,星系中厚盘的标高比薄盘大得多,厚盘恒星与薄盘恒星相比,金属丰度较低而年龄较老,绕星系中心的转动速度较慢而速度弥散度较大,上述观测证据表明厚盘确实是星系长期演化后的产物,对于研究河外星系的形成和演化史有着重要的天体物理意义.该文在简单回顾银河系和河外星系中厚盘发现和确认史的基础上.介绍了对星系厚盘结构参数等性质的探测途径和目前取得的一些主要认识,并与薄盘恒星的相应特征作了比较,结构参数主要包括厚盘和薄盘的标长、标高和轴比,其他观测性质有两类盘的颜色、年龄、金属度和运动学特性等.最后,结合上述观测性质,对厚盘形成的几种可能的机制及未来可以开展的工作做了简要的说明和讨论.     

旋涡星系模型及银河系的物质密度分布

本文假定轴旋涡星系的物质密度分布由三部分组成:平行于星系对称面的层分布,它沿z方向成指数衰减;对称于中心的多球层分布;以及星系中心的高度密集的球核。在这样的假设下,本文求出了星系物质密度分布的分析表达式,并以银河系为例,定出了银河系物质密度分布的具体结果。本文所得结果,与最新观测结论相一致。     

活动星系核X射线本征谱指数与爱丁顿比关系的研究进展

活动星系核是中央核区有剧烈活动的(河外)星系总称。随着观测技术不断进步,人们对活动星系核的研究越来越多,对其理解也越来越深刻。总结整理了近年来对活动星系核X射线本征谱指数与爱丁顿比关系的观测结果,揭示出如下V形关系图像:随着爱丁顿比由大变小,X射线本征谱指数与爱丁顿比由存在正相关关系,转变为存在负相关关系。一般认为,这一观测现象反映了随着吸积率的降低,黑洞吸积模式发生了变化,由高吸积率时的标准薄盘吸积变为低吸积率时的辐射无效吸积流。这表明,基于标准薄盘的最基本的活动星系核统一模型虽然能够成功地解释较高光度活动星系核的很多观测现象,但却需要做一定的修正,以解释低光度活动星系核的一些观测性质。同时,将来有希望利用这一相关关系估算活动星系核一些重要参数,如中央超大黑洞质量、吸积率等,从而帮助人们更好地理解活动星系核的辐射机制和演化过程。最后对这一领域的研究进行了总结与展望。     

观测结果对三成分多分量星系化学演化模型的约束

本文是在银河系化学演化的基础上,利用银河系的三成分(threezone)(即晕、厚盘和薄盘)多相(multi phase)(气体,分子云,大、小质量恒星以及剩余物质)的化学演化的理论模型,讨论了以下观测约束:1、质量面密度、恒星形成率,各分区质量比;2、场星的年龄-金属丰度关系;3、α元素化学演化;4、太阳附近G矮星金属丰度分布;5、三成分金属丰度特征量;6、超新星爆发率;7、内落速率。结果表明,三成分多分量模型能够较好地满足观测约束,比较真实地反映星系演化过程。可以用该模型计算元素的星系化学演化。     

发现星系级小黑洞

天文学家用一种新技术测量了遥远星系中的物质分布,发现了迄今最小的星系黑洞。在星系NGC4395中心发现的这个黑洞质量不到太阳的100万倍,比天文学家以往在星系中心发现的正常的特大质量黑洞小得多。     

观测结果对三成分多分量星系化学演化模型的约束

本文是在银河系化学演化的基础上，利用银河系的三成分(threezone)(即晕、厚盘和薄盘)多相(multi-phase)(气体，分子云，大、小质量恒星以及剩余物质)的化学演化的理论模型，讨论了以下观测约束：1、质量面密度、恒星形成率，各分区质量比；2、场星的年龄-金属丰度关系；3、α元素化学演化；4、太阳附近G矮星金属丰度分布；5、三成分金属丰度特征量；6、超新星爆发率；7、内落速率。结果表明，三成分多分量模型能够较好地满足观测约束，比较真实地反映星系演化过程。可以用该模型计算元素的星系化学演化。     

有限厚度旋涡星系密度螺旋形扰动的Poisson方程渐近解

本文是在一个特殊模式下,对于有限厚度旋涡星系物质密度螺旋形扰动的三维引力势Poisson方程,用速变相法求出了一级渐近解。 为了解释旋涡星系的螺旋结构,林家翘等[1][2]曾求出引力势Poisson方程的渐近解。这一渐近解对于应用密度波的概念去解释旋涡形式星系的理论起着重要的作用。但是,这一渐近解是把星系中的物质近似地看成集中于星盘平面上,求解二维Poisson方程得到的。所以,不能用它讨论物质的垂直分布与垂直运动对螺旋结构的影响。后来,徐遐生[3]研究了星系盘有限厚度效应,但是他没有解出引力势的三维Poisson方程。我们根据旋涡星系中物质分布的实际情况,求出了三维Poisson方程在一个特殊模式下的解。     

盘状星系的三维基态

本文从流体动力学模型出发,引用星盘曲线坐标系,求解了有限厚度盘状星系的三维基态,在薄盘条件(ε<1)下,求得了零级近似、一级近似的解析解,过程十分简明。在附录中,给出了一般的非对称的泊松方程解式。     

盘状旋涡星系中恒星速度弥散度的研究

本文通过直接积分求出星系对称面上的z方向速度弥散度随r的变化。同时,从三维盘状星系密度波的稳定性讨论推出了径向速度弥散度的变化规律。在太阳附近,理论计算的c_r与c_z值同观测基本符合。当r减小时,C_r/C_z减小;在星系中心,C_r/C_z近于1。     

活动星系核的光学变化

活动星系核有两种主要的光变:不规则的闪耀和比较有规律的周期性光变,不规则光变的典型的时间尺度是10~4—10~5秒,周期性光变的典型的时间尺度是10~6—10~8秒。这篇综述主要讨论基于活动星系核黑洞吸积模型上的一些光变模型。这些讨论表明,活动星系核的短时标光变特征对厚吸积盘模型提供了强有力的支持。对时标较长的周期性光变,尽管现在已有不少模型(“亮斑”、薄盘的不稳定性、双稳定性、自引力吸积盘的脉动等等),但是所有这些模型都不够完善;当然也有些模型是很有希望的(如双稳定性)。     

OH megamaser的抽运效率

到目前为止已发现了106个OH megamaser源。经典的OH megamaser模型给出宿主星系的强的远红外辐射抽运非饱和的OH megamaser。抽运效率(S1667/S60)对于非饱和OH megamaser及其宿主星系来说是一个重要的物理参数。研究了什么物理量与抽运效率有关,得到无论OH megam aser的光度还是OH megamaser 1667MHz的流量密度都与抽运效率相关。但是主线强度比,主线 1667MHz的光学深度绝对值,主线1665MHz的流量密度均与抽运效率不相关。     

K_(ING)星系与类星体的引力透镜统计特性

本文以King模型去描述星系的引力透镜行为,把已知类星体作为光源,从统计上计算了引力透镜类星体对与其像间分离的关系。结果表明,星系的透镜行为不仅能解释全部透镜事例,而且可以揭示出星系的某些统计参数,如星系的最大质量、平均半径、平均核半径及质光比。宇宙中星系质量密度因子,Ω_g,亦可从中求得。     

星系金属丰度的研究进展(Ⅰ):定标方法

金属丰度是表征星系特征的重要参量,对于理解星系的形成与演化具有重要意义。随着观测设备的不断完善与发展,已经获得越来越多的星系(包括近邻星系、中等红移及高红移星系)金属丰度的观测资料。在光致电离模型方面也取得了很大进展．这些对于理解星系中金属及恒星成分的累积历史有非常重要的作用。有多种方法可以用来估计星系的金属丰度(主要是星际介质中气相的O丰度),介绍和评述了估计星系的O丰度的多种方法,包括电子温度的方法、R23方法以及其他一些“强线”比值的方法,并给出了相应的解析公式,同时介绍了电离星云的物理本质及由光致电离模型估计星系金属丰度的方法,还给出了估计星系的C和N元素丰度的方法。     

中心具有大质量黑洞的星系中星的投影数密度

用Ｓｃｈｗａｒｚｃｈｄｉｎｌｄ度规及波尔兹曼方程求得星系中的星数密度，并利用广义相对论求得星的投影数密度。这样计算出的结果显示出中心部分的星多，那么中心区域会比大半径处亮得多     

星系形成环境与宇宙中的空洞

本讨论了寝扰动谱中大尺度负密度扰动对星系尺度扰动峰值的局域密度的影响，以及空洞演化中边界壳层非线性发展的作用，结果表明它们并不能解释空洞的形成，但考虑星系相互作用在可见星系形成中的关键作用，把星系群与星系的存在作为形成的必要条件时，可以用负密度扰动对星系团和星系群的局域密度的调制，解释３０－６０Ｍｐｃ的空洞形成，对于更大尺度空洞的形成，则必须考虑对标准冷暗物质模型谱作出修正。     

星系金属丰度的研究进展（I）：定标方法

金属丰度是表征星系特征的重要参量，对于理解星系的形成与演化具有重要意义．随着观测设备的不断完善与发展，已经获得越来越多的星系（包括近邻星系、中等红移及高红移星系）金属丰度的观测资料。在光致电离模型方面也取得了很大进展．这些对于理解星系中金属及恒星成分的累积历史有非常重要的作用．有多种方法可以用来估计星系的金属丰度（主要是星际介质中气相的O丰度），介绍和评述了估计星系的O丰度的多种方法，包括电子温度的方法、R23方法以及其他一些“强线”比值的方法，并给出了相应的解析公式，同时介绍了电离星云的物理本质及由光致电高模型估计星系金属丰度的方法．还给出了估计星系的C和N元素丰度的方法．     

宇宙大尺度结构空洞的演化研究

为了研究空洞的演化以及暗物质空洞和星系空洞的差别,使用一组高精度的N体模拟数据以及基于此给出的半解析模拟星系数据,在红移2.03到红移0之间取了6个红移的数据,并使用VIDE (Void Identification and Examination toolkit)算法来找空洞,对星系空洞和暗物质空洞的统计性质比如丰度、数目、大小、形状、叠加密度轮廓等演化的比较的结果表明,随着红移的减小,空洞的数目逐渐减少、内部密度逐渐变小、体积逐渐增大、空洞的形状越来越扁.暗物质空洞和星系空洞的数目、平均大小、平均椭率的比值与红移呈线性关系.此外,不论是暗物质空洞还是星系空洞,小的空洞密度比在分布上比大空洞的低,更容易贯通并合,演化效应更明显.另外由于星系总是形成于暗物质密度场的高密度区域,使其不容易示踪暗物质空洞的一些薄弱的墙结构,导致星系空洞提前贯通.而对于已经形成的星系空洞而言,即便是其墙上最薄弱的地方也往往堆积着显著的暗物质,使得星系的位置保持稳定,甚至形成新的星系,从而抑制星系空洞的贯通.整体上暗物质空洞的演化要比星系空洞的演化更加明显.     

三点相关统计的理论与测量

本文分别从数值模拟、理论和观测的角度研究和分析了三点相关函数以及双谱对尺度、形状和光度等的依赖性,并比较了数值模拟与二阶扰动理论以及暗晕模型的差别。我们发现二阶扰动理论即使在线性尺度上也是与数值模拟存在明显偏差的,它并不足以很好地描述暗物质双谱在大尺度上的行为。如果要与数值模拟更好地吻合,我们需要引入更高阶的修正。我们用其他人的半解析模型构建了对应于我们数值模拟的模拟星系样本,并计算了不同光度星系样本的双谱从而得到了相应的星系偏袒值。我们发现,对星系密度场的泰勒二阶展开是可以适用到准线性尺度k(?)0.15h/Mpc上的,但是要通过三点相关来获得准确的星系偏袒值,我们需要拥有对暗物质密度场的准确估计,这却是二阶非线性扰动理论所无法做到的。暗晕模型在定性描述双谱行为方面是十分有效的,但是它与数值模拟的定量比较还是存在很多不同。要用暗晕模型来精确描述双谱,我们需要对模型的各种设定做出精细的调节和改进。最后,我们还利用了SDSS的最新观测数据测量了红移空间的三点相关函数以及投影三点相关函数,并研究它们对于星系光度、颜色和恒星质量等性质的依赖关系。我们发现,不同于之前的许多工作,星系的归约三点相关函数对光度存在明显的依赖性,而这种依赖性却是与三角形的形状和尺度耦合在一起。三点相关对恒星质量的依赖与光度依赖性十分类似。而颜色的依赖性在小尺度上则比光度和恒星质量更显著一些。     

恒星速度椭球分布律对旋涡星系的影响

本文讨论在考虑恒星速度椭球分布情形下旋涡星系的性质。由分析可知:旋涡星系的运动是恒星“气流”的紧卷旋涡式轴对称基本运动与密度波扰动的迭加,也即既有物质运动也有波的传播。当旋涡星系的旋臂为曳式时,它是旋闭的,并且恒星速度的椭球分布能导致星系密度波模式的不稳定。这种不稳定性提供了激发并维持星系密度波的一种机制,得以使且系旋臂长期维持。