St(a)ckel引力势理论的拓展及其应用

St(a)ckel引力势是一类最普遍形式的可分离势.具有St(a)ckel形式的星系是完全可积系统,即其中的恒星轨道都是规则的,其运动积分可以解析求出.运动积分——特别是作用量(J,一种特殊的运动积分),能简化恒星运动的描述;研究星系中恒星的运动学和动力学的重要途径是作用量空间,比如使用以作用量作为参量的分布函数f(J...     

椭圆星系中的星系际尘埃

该文总结了近年来椭圆星系中尘埃起源研究中的一些关键问题,包括尘埃大小的分布及其组成、椭圆星系恒星质量损失速率、尘埃的两种加热机制(恒星辐射加热和电子-尘埃碰撞加热),以及由此导致的尘埃温度分布;尘埃的总质量估算;由热离子导致的尘埃破坏速率,以及与此相关联的椭圆星系热气体分布,等等.综合考虑这些因素,作者认为热气体分布对于椭圆星系中尘埃存在和破坏的影响不可忽视,椭圆星系中星系内部恒星质量损失产生尘埃的起源可能占据着非常重要的地位.     

COSMOS场中星系恒星形成的演化研究

基于COSMOS(Cosmic Evolution Survey)/Ultra VISTA(Ultra-deep Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy)场中多波段测光数据,利用质量限选取了红移分布在0z3.5的星系样本.通过UVJ(U-V和V-J)双色图分类判据将星系分类成恒星形成星系(SFGs)和宁静星系(QGs).对于红移分布在0z1.5范围内且M*1011M⊙的QGs来说,该星系在样本中所占比例高于70%.在红移0z3.5范围内,恒星形成星系的恒星形成率(SFR)与恒星质量(M*)之间有着很强的主序(MS)关系.对于某一固定的恒星质量M*来说,星系的SFR和比恒星形成率(s SFR)会随着红移增大而增大,这表明在高红移处恒星形成星系更加活跃,有激烈的恒星形成.相对于低质量的星系来说,高质量的SFGs有较低的s SFR,这意味着低质量星系的增长更多的是通过星系本身的恒星形成.通过结合来自文献中数据点信息,发现更高红移(2z8)星系的s SFR随红移的演化趋势变弱,其演化关系是s SFR∝(1+z)0.94±0.17.     

带权重的相关函数在半解析模型和SDSS数据中的应用

基于半解析模型和SDSS DR4(Sloan Digital Sky Survey Data Release 4),研究了环境对星系性质的影响.通过对以颜色、恒星形成率和恒星质量的带权重的相关函数的测量,发现半解析模型在颜色和恒星质量上与SDSS数据符合得比较好,而恒星形成率则在SDSS数据中表现为与环境无关.此结论证实了半解析模型对星系中部分性质与环境关系的预测,但对于恒星形成率为何与环境无关仍有待研究.     

星系中分子气体与恒星形成的研究进展

星系中气体转化为恒星的过程决定了星系的结构和演化,因此研究恒星形成最直接的原料——分子气体的含量、分子气体形成恒星的规律以及会受哪些物理机制的影响,对于理解星系的形成和演化具有重要意义。近年来,随着观测技术和设备(尤其是射电望远镜)的发展,天文学家可以在不同尺度上探测到越来越多星系的多种分子多种能级跃迁的谱线。首先,介绍了探测分子气体的多种方法和新的发现;然后基于CO巡天数据和致密分子气体数据,分别在统计上讨论了分子气体分布及分子气体含量与恒星形成率之间的紧密关系,并与小尺度上的恒星形成理论进行了比较;最后,结合影响星系演化的物理过程,讨论活动星系核、星系形态以及星系所处环境对分子气体的影响。     

中子辐照量指数分布函数式中比例系数和平均中子辐照量的计算公式

已有的研究表明,在AGB(Asymptotic Giant Branch)星s-过程核合成模型发展演化的3个典型阶段中,其核合成区域中子辐照量分布在有效取值范围内都可视为指数分布,即ρ_(AGB)(τ)=C/τ_0 exp(-τ/τ_0),但式中比例系数C和平均中子辐照量τ_0的具体表达式相关文献中并未全部给定.通过深入剖析中子辐照量指数分布函数的基本求解方法,并系统梳理不同恒星模型中子辐照量分布函数的求解过程,得到了C和τ_0的计算通式及其辅助关系式.只要确定了恒星模型中子辐照量的分立分布函数,就可以据此组公式确定出C和τ_0与模型参量之间的关系式.所得结果有效地解决了利用解析方法求解目前流行的~(13)C壳层(~(13)C pocket)辐射燃烧AGB星s-过程核合成模型中子辐照量分布问题.     

快速射电暴寄主星系色散量的估计

定位快速射电暴(Fast Radio Burst, FRB)以及确认其寄主星系至今仍是一个具有挑战性的难题,截至2021年4月已确认13个快速射电暴的寄主星系,其中只有3个重复暴,其余都是非重复暴.快速射电暴的寄主星系对快速射电暴起源的探索起着非常重要的作用,约束着快速射电暴前身星模型.对这些已确认寄主星系的FRB进行研究,发现FRB寄主星系对色散量(Dispersion Measure, DM)的贡献在一定范围内波动(0–240 pc·cm-3),并且寄主星系对DM的贡献与寄主星系的性质(恒星形成率、金属丰度)也可能具有关联性.寄主星系恒星形成率、金属丰度与色散量的统计关系对FRB邻近环境的研究有着重要意义.     

尘埃彗尾的结构

本文以“三维的”粒子运动讨论了尘埃彗尾的结构,为了便于使用电子计算机和讨论各种μ值的粒子的运动,引入哈密顿积分 b,获得了以三维矢量和适用于各种μ值的开普勒运动的各个公式.考虑粒子的三维运动及其运动范围,使过近日点后的尘埃彗尾出现一“颈线结构”.利用此颈线解释向日尾并分析了其产生的可能性.最后给出了一种定量分析尘埃彗尾亮度分布的方法,本法的基本想法是在考虑有关粒子抛射的函数条件下,计算取样粒子的运动,并利用计数法求出其数密度.本文结果在所取函数条件下是一严格解.应用时,我们假定两函数N.(t_i),ψ(v;r,t)及 v_0的函数形式,以有关粒子性质的函数 f(r)为参量,分析了阿朗-罗兰彗星的尘埃彗尾(包括向日尾)的亮度分布(图14,15),并得到函数 f(r)(图16).     

早型星系的恒星形成活动演化研究

从观测上测定早型星系中恒星形成活动随红移的演化有助于理解这类星系的形成演化.结合GEMS（Galaxy Evolution from Morphology and SEDs）巡天的HST/ACS（Hubble Space Telescope/Advanced Camera for Surveys）高分辨图像和CDFS（ChandraDeep Field South）天区Spitzer、GALEX（Galaxy Evolution Explorer）等多波段数据,基于形态、颜色和恒星质量选出一个0.2≤z≤1.0红移范围的包含456个早型星系的完备样本.利用stacking技术测量了样本星系紫外与红外平均光度,估计早型星系的恒星形成率.结果显示,早型星系中的恒星形成率较低(<3 M_⊙·yr^-1),随红移递减而降低.在红移z=1以来的恒星形成贡献的质量小于15%.星族分析亦肯定大质量早型星系的主体星族形成于宇宙早期（z>2）.     

星系棒图案速度的直接测量方法及其应用

星系棒的图案速度(或转动角速度)是棒旋星系的一个最重要的动力学参量。棒的图案速度?_(bar)的测量并不容易。目前直接测量?_(bar)的唯一方法是Tremaine和Weinberg (TW)在1984年提出来的。他们假设星系中示踪源的表面亮度满足连续性方程,即可利用示踪源的测光学和运动学参量推导出?_(bar)。详细介绍了TW方法,整理了文献中?_(bar)的测量结果,并讨论了测量过程中的误差来源。目前学术界利用老年恒星、中性氢气体H I、分子氢气体H_2,以及离化氢气体Hα作为示踪源,测量了大约50个星系的图案速度,并结合?_(bar)和星系自转曲线得到共转半径RCR。通过比较RCR和棒长a_(bar)发现,大部分星系棒都是快速旋转的(1≦RCR/a_(bar)≦1.4)。极少部分星系棒慢速旋转,并且这些棒似乎都位于由暗物质主导的星系中。同时也有研究声称发现了一些超快旋转的棒,但目前理论上无法解释它们,也无法确定它们的?_(bar)是否可靠,或是否由于违反了TW方法的某些条件而导致测量结果不准确。由于已有的测量样本太小,并偏向于早型星系,人们暂未发现图案速度与星系类型及星系棒性质之间的关系,但人们认为,星系棒的图案速度有可能与星系中暗物质的分布有关。积分视场光谱仪(integral field unit, IFU)巡天数据在测量?_(bar)上有着独特的优势。随着IFU数据的普及,未来将有更多的TW测量结果来检验这些结论。     

基于Kepler Q1–Q17数据对类太阳型恒星的行星生成率估算

近30年来的系外行星探测揭示了行星在宇宙中普遍存在的事实.为了深入研究适宜生命居住行星的普遍性,一方面需要了解宜居行星的特性;另一方面可以通过分析已发现系外行星的分布特征,推算该类行星在恒星周围的存在几率.在目前已发现的系外行星中,凌星法发现的占据了绝大多数,如Kepler空间望远镜所观测的系外行星共有2344颗. 2018年Kepler正式退役,其科学团队发布了最终版的Kepler Data Release (DR25),包含观测季度Q1–Q17的恒星共198709颗.通过对Kepler数据的分析,使用逆检测效率法和最大似然分析法两种不同的方法对系外行星半径周期参数空间内的行星生成率进行了估算,同时将计算样本根据恒星的光谱类型进行分类,分别估算得到了F、G、K型的Kepler恒星周围的行星生成率及其整体的生成率.对于半径范围1–20 R_⊕(R_⊕为一个地球半径),轨道周期范围0.4–400 d的Kepler凌星系外行星,宿主恒星为F型时逆检测效率法和最大似然法估算得到的行星生成率分别为0.36±0.02和0.47±0.02,宿主恒星为G型时的...     

三维盘星系的泊松方程一般形式解

本文在假定盘星系密度扰动的径向分布为汉克尔函数的情况下,利用积分变换,在|k|r》1条件下,求得了泊松方程的一般形式解(通解)。此解可用来更精确地研究盘星系的外围旋臂,把过去得到的星系旋臂图样的精确程度提高一步。     

EGS场中高红移极亮红外星系的形态与结构

通过利用CANDELS-EGS(Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey-Extended Groth Strip)场中HST WFC3(Hubble Space Telescope Wide Field Camera 3)F160W高分辨率的观测图像,研究了9个光谱红极亮红外星系的形态结构特征.发现这些星系的形态表现出多样性(从椭圆到多个亮核或弥散的结构),如:双核,气体桥,双不对称体,不规则或椭圆结构.为了定量地研究这些极亮红外星系的形态,测量了它们在静止光学波段的形态参数(基尼系数G和矩指数M20).与近邻极亮红外星系相比,高红移极亮红外星系的G偏小而M20偏大,表明这些星系的星族分布聚集度小且不对称性大.基于对样本中极亮红外星系2维面亮度轮廓的拟合,得到这些星系的有效半径分布在2.4 kpc到5.8 kpc之间,其平均值是(3.9±1.1)kpc.相比较于近邻相似质量的恒星形成星系来说,高红移极亮红外星系的平均大小要小1到2倍.在类似红移和红外光度条件下,得出的这些结果也与其它文献中给出的结论相一致.     

不同光度星系大尺度分布的交叉相关分析

在对不同光度星系大尺度分布进行空间两点相关函数分析的基础上,仍以CfA红移巡天资料为样本,对不同光度星系分布进行了交叉相关分析。结果表明,不同光度星系间的交叉相关函数仍可近似地以幂函数表示,说明不同光度星系在空间是一起成团的。但在较小尺度上((?)4—6Mpc),光度较高的星系间相关更强,而在更大一些尺度上光度较高的星系间相关减弱更快,甚至变得比与光度较低星系间的相关更弱。结合前面对自相关函数分析的结果可以看到,统计上看来,星系分布形成群和团。群或团中亮的星系形成更致密的分布而较暗的星系则在这些群和团中分布较弥散。此结果表明星系光度和其环境(密度)有关,从而从观测上为Biased星系形成理论提供了一个可能的证据。     

一个有限厚度旋涡星系模型

本文将三维引力势Poisson方程在一个特殊模式下的速变相一级渐近解用于三维定常模拟恒星盘。在考虑了垂直于星盘平面的运动和物理量的三维分布以后,得出了相应的色散关系。用Schmidt模型对银河系旋臂进行了实例计算,结果表明:在模拟太阳附近的两个主要旋臂——人马臂和英仙臂的情况下,在内林德布拉德共振圈和共转圈之间、在内林德布拉德共振圈以内以及在外林德布拉德共振圈以外等三个区域里,均可得到稳定模型。最后对在较厚旋涡星系中,螺旋波长随着离开星系盘中心平面的距离不同而变化的特征,作了一个简单的分析。我们认为,这种密度波波长随高度的变化或许可以解释以下观测现象:(1)在有些旋涡星系中旋臂有相当宽度。(2)在有些旋涡星系中,旋臂间界限不很分明。(3)在有些旋涡星系中,旋臂外侧亮度突然减弱,而内侧减弱很慢。     

一个有限厚度旋涡星系模型

本文将三维引力势Poisson方程在一个特殊模式下的速变相一级渐近解①用于三维定常模拟恒星盘。在考虑了垂直于星盘平面的运动和物理量的三维分布以后,得出了相应的色散关系。用Schmidt模型②③对银河系旋臂进行了实例计算,结果表明:在模拟太阳附近的两个主要旋臂——人马臂和英仙臂的情况下,在内林德布拉德共振圈和共转圈之间、在内林德布拉德共振圈以内以及在外林德布拉德共振圈以外等三个区域里,均可得到稳定模型。最后对在较厚旋涡星系中,螺旋波长随着离开星系盘中心平面的距离不同而变化的特征,作了一个简单的分析。我们认为,这种密度波波长随高度的变化或许可以解释以下观测现象:(1)在有些旋涡星系中旋臂有相当宽度。(2)在有些旋涡星系中,旋臂间界限不很分明。(3)在有些旋涡星系中,旋臂外侧亮度突然减弱,而内侧减弱很慢。     

刚诞生的天体物理研究室

天体物理研究室的范围广泛,既包括对个别天体(如恒星、星云)的发现、观测和研究,也包括对一些群体(如星固、星系)的发现、观测和研究;既要研究各类天体的分类、分布、物理特性、化学组成、能量来源、运动情况,又要研究它的起源、年龄、演化。     

富尘埃宽发射线类星体的CO发射

富尘埃宽发射线类星体在星系演化中十分关键,而星系中分子气体的信息有助于人们了解其恒星形成潜力等性质。使用IRAM-30m望远镜对红移0.5 ⊙·a^-1,气体耗竭时间为(20～300) Ma。将它们的红外光度与CO光度进行比较,发现该富尘埃宽发射线类星体样本的恒星形成效率相对其他亚毫米波星系及类星体无明显区别。在该样本中发现了活动星系核相对强度与气体耗竭时间的负相关关系,这与目前的类星体演化理论相符。     

COSMOS场中高红移大质量星系的形态分类研究

基于COSMOS(Cosmic Evolution Survey)天区的多波段测光数据和HST(Hubble Space Telescope)近红外高分辨率观测图像,利用质量限(恒星质量M*≥1010.5M⊙)选取了362个红移分布在1≤z≤3的星系样本,并对这些大质量星系的形态特征进行了分类研究.来自UVJ(U-V和V-J)双色图分类系统、目视分类系统、非模型化分类系统(基尼系数G和矩指数M20)和模型化分类系统(S′ersic index,n)的分类结果彼此相一致.相比较于恒星形成星系(SFGs),通过UVJ双色图定义的宁静星系(QGs)表现出致密的椭圆结构,而且G和n值偏大,但M20和星系有效半径(re)偏小.不同星系分类系统(双色图分类系统、非模型化分类系统和模型化分类系统)定义的SFGs和QGs样本,都明显存在星系的大小随红移的演化关系,这种演化趋势QGs比SFGs更剧烈,而且不依赖于星系分类方法的选择.     

星系形态分类的研究进展

传统的哈勃星系形态分类法可以很好地对近邻的亮星系进行分类,但对低面亮度星系、矮椭球星系、矮旋涡星系以及高红移星系等都已无能为力。德沃古勒分类系统、叶凯士分类系统和范登伯分类系统是在哈勃分类法的基础上进行了发展和细化,利用光的中心聚集度或光度级等作为星系形态分类的参数。模型化分类系统试图定量地测量星系形态参数,但需要假定星系面亮度分布满足一定的形式,如r~(1/4)律、指数律等。最近几年,又有一些学者提出了非模型化分类系统,给出了若干个可以直接测量星系形态的结构参数,如:聚集度指数C、非对称指数A、簇聚指数S、基尼系数G及矩指数M_(20)。这些参数可以反映星系的形成历史、恒星形成、与其他星系的相互作用、已经发生或正在进行的并合活动等。它们不仅可以有效地给出近邻星系的分类特性,还能用于测量高红移星系的形态。该文介绍了不同的星系形态分类方法,比较了各类方法的优点和不足。在此基础上,最后介绍了基于非模型化分类系统的星系形态分类的研究进展。