基于SE-Inception-v3的星系形态分类模型

随着天文探测技术的快速发展, 海量的星系图像数据不断产生, 能够及时高效地对星系图像进行形态分类对研究星系的形成与演化至关重要. 针对传统的星系形态分类模型特征选择困难、分类速度慢、准确率受限等难题, 提出一种以Inception-v3神经网络为主干结构, 融合压缩激励(Squeeze and Excitation Network, SE)通道注意力机制的星系形态分类模型. 该模型在斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)样本的测试集准确率高达99.37%. 旋涡星系、圆形星系、中间星系、雪茄状星系与侧向星系的F1值分别为99.33%、99.58%、99.33%、99.41%与99.16%. 该模型与Inception-v3、MobileNet (Mobile Neural Network)和ResNet (Residual Neural Network)网络模型相比, SE-Inception-v3宽度和深度优势表现出更强的特征提取能力, 可以高效识别不同形态的星系, 为未来大型巡天计划的大规模星系形态分类问题提供了一种新方法.     

星系NGC5018的星族合成研究

利用星团谱样本的星族合成方法,研究了邻近巨椭圆星系NGC5018中的星族成分和其内部的恒星形成历史,给出了星系中不同年龄和金属丰度星族的成分占有比.星族合成结果表明,NGC5018中不仅存在大量金属丰度低的年老恒星成分,而且较年轻的星族成分(T=5×108yr)对星系光度贡献也很重要.星系吞并和相互作用过程可能是触发这些较年轻星族形成的物理原因,椭圆星系内部的恒星形成历史可能是2次爆发或者多次爆发过程.这些结果可以很好地解释NGC5018颜色偏蓝、Mg2谱指数强度偏弱等观测特征.     

宇宙画廊

(右图)M33的高解析影像,清楚地显示星系组成化学元素所发出的光,红色的辉光来自氢元素,蓝色辉光来自氧的辐射。M33是我们本星系群里一个中型的螺旋星系,因为它位于三角座内,所以也被称为三角座星系(Tri-angulum Galaxy)。由于M33离M31很近,所以有部分天文学家认为它是M31的一个“卫星”星系。M33离我们的银河系也不远,它的视张角可达到满月的两倍,用一架好的双筒望远镜就能看到它。     

红移z≈2极亮红外星系的研究进展

极亮红外星系(ULIRGs)是指红外(IR,8~1000μm)光度L_(IR)10~(12)L_⊙的一类星系。研究表明,红移z≈2处极亮红外星系是大质量(M_*10~(11)M_⊙)、富尘埃和强恒星形成(大于100 M_⊙·a~(-1))的特殊星系。极亮红外星系可分成活动星系核起主导作用的源和恒星形成占主导的星系。恒星形成主导的源,中红外光谱有明显的多环芳香烃辐射;而活动星系核主导的星系,光谱呈现出幂律形式并有很强的硅线吸收。极亮红外星系的静止光学波段形态存在多样化,既有并合结构特征,又有椭圆形态。这类星系很可能是近邻大质量宁静星系的前身星系。介绍了红移z=2附近极亮红外星系的各种物理性质的研究进展,如形态和结构、光谱特征、成团性、尘埃分布和形成机制等,以及阐述了该领域未来的研究方向。     

蓝致密星系谱的星族合成

利用星团谱样本的星族合成方法,分析了四个蓝致密星系（ＢｌｕｅＣｏｍｐａｃｔＧａｌａｘｉｅｓ,ＢＣＧ）的光学谱．给出了在各个ＢＣＧ中,年龄和金属丰度不同的星族对星系５８７ｎｍ处连续谱流量贡献的比率,同时还给出ＢＣＧ内部恒星演化的历史和星系内部的红化值．通过对星系内部星族及光谱的分析,解决了ＢＣＧ研究中存在的这类星系年龄和其内部光学不可见物质等问题．结果表明ＢＣＧ是年老星系,其内部恒星形成过程为长时间的宁静相上叠加有短暂且剧烈恒星形成的爆发,其内部存在光学不可见物质,且至少有一部分为年老的球状星团;根据由光学连续谱和发射线计算星系的内红化值的不同,得出ＢＣＧ星系内部尘埃对连续谱和发射线的产生区遮挡程度不同．     

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.     

蓝致密星系谱的星族合成

利用星团谱样本的星族合成方法,分析了四个蓝致密星系（ＢｌｕｅＣｏｍｐａｃｔＧａｌａｘｉｅｓ,ＢＣＧ）的光学谱,给出了在各个ＢＣＧ中,年龄和金属丰度不同的星族对星系５８７ｎｍ处连续谱测量贡献的比率,同时还给出了ＢＣＧ内部恒星演化的历史和星系内部的红化值,通过对星系内部星族及光蝗分析,解决了ＢＣＧ研究中存在的这类星系年龄和其内部光学不可见物质等问题,结果表明ＢＣＧ是年老星系,其内部恒星形成过程为长时间     

高红移大质量星系的形成与演化

星系形成及演化一直是天体物理研究中最重要的领域之一.近10 yr来星系形成及演化的研究取得了突破性进展,主要包括:(1)近邻星系在颜色-星等图上呈现双峰分布,早型星系普遍颜色较红,而晚型星系颜色偏蓝;并且近邻宇宙红星系的总质量相对于红移z=1时至少增长了1倍,意味着存在蓝星系到红星系的转化过程.这一转化过程是如何发生的成为现代星系形成演化领域最重要的问题之一;(2)星系中心超大质量黑洞质量跟核球质量有很强的相关,意味着黑洞演化跟星系演化有着紧密的关系.黑洞的活动(活动星系核)如何影响星系演化也成为了亟待解决的问题之一.然而近邻宇宙中的大质量星系基本都已停止了剧烈的恒星形成活动和黑洞活动,因此,要回答这些问题,我们需要仔细研究宇宙早期红移在z≈2的星系性质.在这一红移处,星系中的恒星形成和黑洞增长均处于高峰期.     

红移z≈1极红天体的研究进展

极红天体(EROs)是指利用光学和近红外两个波段的色指数(如I-K4 mag)挑选出来的一类星系。研究表明极红天体可分为两类:一类是被大量尘埃红化的高红移恒星形成星系,主要是较年轻的旋涡或不规则星系,有恒星正在形成,称为DGs;另一类是由年老星族(≥1 Ga)主导的高红移椭圆星系,基本上没有或仅有弱的恒星形成,简称为OGs。极红天体中这两种不同类型的星系,很可能是近邻大质量星系的前身星系,只是分别代表着不同的形成历史。介绍了不同类型极红天体的各种物理性质的研究进展,如形态和结构、光谱特征、成团性、红移分布和星系计数等,以及阐述了该领域未来的研究方向。     

星暴星系：研究进展和热点问题

星暴星系是一类内部正在发生极为剧烈恒星形成的天体。介绍了星暴星系的研究历史及星暴星系的定义。综述了从射电波段到Ｘ射线波段星暴星系的光度光谱观察特征及其研究的最新进展。列出了星暴星系研究中存在的一些热点问题,包括星暴的触发机制,星暴时标,星族组分,恒星形成率,内红化以及星暴星系与活动星系核之间的关系等。最后,简述了可能有助于解决这些问题的观测手和理论方法。     

高红移星系的选取与物理性质研究

<正>大质量、高红移、强成团等特征表明,红移z~1.0的极红天体(EROs)和红移z~2.0的BzKs星系有可能是邻近大质量早型星系的前身星系,对这些星系的研究能为星系形成和演化模型提供观测上的约束.在研究EROs的物理特性,进而研究星系的形成和演化之前,我们必须对EROs样本中DGs(young,dusty starburst galaxies)和OGs(old galaxies)进行有效分类,并估计它们各自所占的比例,对于这个方面的研究不同的作者给出各不相同的结论.相对于近邻星系,高红移星系(特别是z~2附近)的研究也有着非常重要的意义.首先,星系的宇宙恒星形成率密度(SFRD)和类星体(QSOs)数密     

棒对旋涡星系中央恒星形成的作用

使用了目前最大的棒旋星系样本之一,着重于研究旋涡星系中央的比恒星形成率(sSFR)和棒结构的关系。我们用1g sSFR=-11 a~(-1)作为星系宁静态和活跃态的分界,统计对比了棒旋星系和非棒旋星系中央的sSFR,发现相对于非棒旋星系,棒旋星系处于中央宁静态的比重更大,而在中央活跃态其恒星形成活动更剧烈。为消除星系样本恒星质量差异对星系中央sSFR统计结果的影响,获得控制样本,使棒旋星系和非棒旋星系具有相同的恒星质量分布。随后发现这两类星系在中央宁静态中的统计差异消失,而在中央活跃态棒旋星系的恒星形成活动依旧相对剧烈,尤其体现在长棒星系中。这说明棒结构对旋涡星系中央的恒星形成起到促进作用,且作用效果与棒的长短相关。     

卫星星系的数目与中央星系性质关系的研究

卫星星系是研究星系形成的有力探针.近期的研究指出,中央星系是椭圆星系时,其卫星星系数目比旋涡星系多.为了探究这种差异,采用了新一代流体动力学模型(The Next Generation Illustris Simulations,简称TNG模拟)中TNG300-1的数据,选择了恒星质量范围为1010M⊙·h-1Mc1012M⊙·h-1的中央星系,同时根据星系的核球质量与星系的恒星质量的比值(B/T)将这个范围的中央星系划分为旋涡星系和椭圆星系.使用统计学的方法进行分析后发现:当控制暗晕质量分布,使得不同形态的中央星系所处的暗晕的质量分布完全相同时,卫星星系分布存在新的差异,即旋涡星系的卫星星系数目更多.这一结论和观测结果相反,产生这一差异的主要原因是:旋涡星系的卫星星系包含更多的冷气体,使得旋涡星系的卫星星系恒星形成效率更高.     

宇宙画廊

见过紫色的彗星吗？这是今年8月中旬钱德拉X射线天文台发布的一幅影像,看起来好像是一颗紫色的彗星划过背景星系,而它实际展示的是一个矮星系与一个巨大的旋涡星系NGC 1232相撞的情景,其中紫色的部分来自钱德拉X射线天文台的数据,蓝白色的部分则来自欧洲南方天文台甚大望远镜的光学数据。     

星系中恒星形成率指针的比较研究

利用赫歇尔空间望远镜的H-ATLAS(Herschel Astrophysical Terahertz Large Area Survey)SDP(Science Demonstration Phase)天区从紫外到亚毫米波段数据,结合星族合成方法和尘埃模型,计算了星系的红外总光度.在此基础上,分别针对强恒星形成星系和弱恒星形成星系,研究了利用紫外光度、红外光度和Hα谱线计算得到的恒星形成率(Star Formation Rate,SFR)的差异以及导致差异的内在物理起因.发现对于恒星形成活动强的星系,这3种恒星形成率指针给出的结果基本一致,弥散较小、只是在高恒星形成率端,利用紫外光度算得的恒星形成率比利用Hα谱线流量算得的恒星形成率略微偏小;而在低恒星形成率端,紫外光度指针偏大于Hα谱线指针;红外光度指针与Hα谱线指针在两端无明显偏差.对弱恒星形成星系,紫外光度、Hα谱线和红外光度3种恒星形成率指针存在明显的差异,且弥散较大.利用紫外光度和Hα谱线计算得到的恒星形成率的弥散和系统偏差随着星系年龄、质量的增加而增大.系统偏差增大的主要原因是利用紫外连续谱斜率β定标恒星形成活动较弱星系的消光时,高估了这些星系的紫外消光,使得消光改正后的紫外光度偏大.另外,MPA/JHU(Max Planck Institute for Astrophysics/Johns Hopkins University)数据库中弱恒星形成星系的恒星形成率SFR(Hα)比真实值偏低.     

宇宙信息

ＩＳＯ发现星系形成的黄金年代　　由欧洲空间局红外空间天文台(ＩＳＯ)承担的“深空巡天”(ＤｅｅｐＳｕｒ ｖｅｙ)揭示 ,星系是在大约 1 0 0亿年前所谓星系形成的黄金年代诞生的。他们进一步证实了 1 999年宣布的结果 ,即这些年轻星系比以前认为的要活跃 ,正在生成许多新的恒星。ＩＳＯ的资料已经揭示了 1 0 0 0多个非常活跃的星系 ,在那里正在发生大规模的恒星形成。虽然它们的距离还无法确定 ,但欧洲天文学家相信他们正在回眸宇宙大约是现在年龄三分之二时的情景。意大利天文学家法达说 ,其中许多星系已被光学望远镜观测到了 ,但实际上…     

MCMC方方法在星系形成半解析模模型中的应用

星系形成的半解析模型是理解星系形成中的重子物理过程的重要方法,但存在显著的缺点:物理参数太多,调控过程复杂。MCMC(Markov chain Monte Carlo)方法是现代统计计算中最重要的算法之一,通过MCMC方法可以得到星系形成半解析模型中众多物理参数的有效范围。简要介绍了半解析模型的主要物理过程和MCMC方法,综述了近年来MCMC方法在星系形成半解析模型中的应用和成果。这些结果表明MCMC方法对于限制半解析模型有很好的作用,对更好地理解星系形成中的物理过程起到促进作用。     

大大质量星系的尺度演化研究进展

星系(恒星质量M_*10~(10)M_⊙)的尺度(re)与M*之间有着明显的re_∝Mα_*关系。已有的研究揭示晚型星系(LTGs)和早型星系(ETGs)的α值分别对应0.22±0.03和0.75±0.05。另外,星系的尺度r_e与红移z之间存在演化关系:re_∝(1+z)~β。对于z3的ETGs来说,它们在静止光学波段的尺度随时间生长的指数β=-1.5～-1.2,其在LTGs中对应β=-0.8～-0.6。介绍了星系形成理论模型,星系尺度的测量,星系恒星质量与星系尺度之间的关系,不同类型星系的尺度演化,以及阐述了该领域未来的研究方向。     

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.     

暗晕次结构的演化

在主流的冷暗物质(cold dark matter,CDM)模型中,暗物质由于引力不稳定性塌缩成位力化的结构,形成所谓的暗物质晕(dark matter halo),然后重子气体由于辐射消耗能量而落入这些暗晕的中心,最终形成星系.暗晕一般是通过等级成团的方式形成,即小质量暗晕先塌缩形成,进而通过并合形成更大尺度的暗晕.并合后的小质量暗晕不会立即消失,而形成暗晕(主暗晕,host halo)的次结构(dark matter halo substructure或subhalo).在次结构中形成的星系是在主暗晕中形成的中心星系的伴星系(satellite galaxy,亦称卫星星系).伴星系因为质量小、光度低而成为观测中的矮星系.