LAMOST星系红移巡天的数值模拟[3mm］研究:(I)理论模型及模拟样本构造

基于N体数值模拟技术,给出在各种宇宙学模型框架下,产生LAMOST红移巡天的模拟样本的方法. 在模拟样本构造中,采用双参数的Lagrange偏袒模型,并结合LAMOST的设计,考虑了径向选择效应及巡天几何的限制;同时还根据星系形态和环境的关系,进一步对模拟样本的星系形态进行分类. 选择APM的亮星系样本对模型进行检验,并通过计算其角相关函数和模型进行比较. 计算结果表明,对包括所有形态的星系样本,模拟样本给出了和观测相符的结果,而对基于Postman和Geller的形态环境关系所得到的不同形态的模拟星系分布,模拟样本中的椭圆星系和透镜星系不足以解释APM亮星系样本中的成团强度,即强偏袒效应. 最后,从实测角度出发,对采用的模拟方法和样本进行评估.     

LAMOST星系红移巡天的数值模拟研究：（I）理论模型及模拟样本 …

基于Ｎ体数值模拟技术,给出在各种宇宙学模型框架下,产生ＬＡＭＯＳＴ红移巡天的模拟样本的方法,在模拟样本构造中,采用双参数的Ｌａｇｒａｎｇｅ偏袒模型,并结合ＬＡＭＯＳＴ的设计,考虑了径向选择效应及巡天几何的限制;同时还根据星系形态和环境的关系,进一步对模拟样本的星系形态进行分类。选择ＡＰＭ的亮星系样本对模型进行检验,并通过计算其角相关函数和模型进行比较,计算结果表明,对包括所有形态的星系样本,模拟样     

大样本红移巡天中测光误差对功率谱计算的影响

利用数值模拟方法产生一定巡天极限星等下的模拟星系样本,并加入测光误差,来考虑对功率谱计算的影响。在处理有限流量样本时,发现会引进功率谱的系统误差,而有限体积样本则可以很好地消除这种影响。在处理有限流量样本时,若巡天极限星等为20．5^m,在100－1000h^-1Mpc尺度,要求测光误差小于0．1^m,这时由测光误差引起的功率谱误差远小于由于巡天体积和星系数密度引起的功率谱的随机误差,因此可以忽略测光误差的影响。     

ROSAT巡天X射线选活动星系核的光学证认

获得完备的样本一直是类星体统计分析工作中至关重要的第一步。类星体巡天选择候选体的方法主要有射电波段筛选、色指数筛选、无缝光谱筛选、X射线波段筛选、对红外源或变源进行筛选和零自行的方法。单独运用任一方法都有选择效应,采用多波段方法可以极大地提高样本的完备性。阐述了使用多波段方法选择活动星系核样本的研究现状,提出多波段类星体巡天方法和选源判据,给出ROSAT巡天中F.1002,F.Coma,F.836和F.Leo 4个天区以及空源的15年来X射线选活动星系核的选源和光学新证认的AGN结果,表明多波段类星体巡天方法能有效地提高观测效率。     

晚型旋涡星系及其盘的颜色星等关系

从Sloan数字巡天(Sloan Digital Sky Survey)第二批释放的数据(Data ReleaseTwo,简称DR2)中,选择了395个在r波段亮于15等的晚型旋涡星系作为样本,研究了这些星系及其盘的颜色星等关系.结果表明晚型旋涡星系及其盘的三个颜色g-r,r-z和g-z均与r波段的绝对星等有紧密的相关关系,越亮的星系(或盘),颜色越红,而且星系的相关性比盘的更强.     

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.     

三轴椭球模型下的SZ效应星系团计数

在不久的将来，若干基于SZ效应的巡天计划即将观测到大量的星系团．分别采用星系团暗物质的球模型和椭球模型，给出了可观测SZ星系团数目的理论预测，并讨论了形状对星系团数目不确定性的影响．在计算中，利用星系团维里平衡的条件，通过巡天观测的流量下限来确定可观测星系团质量下限，进一步由质量函数给出星系团数目预测．计算结果表明：若通过SZ巡天观测来限定宇宙学参数，形状引起的系统不确定性要予以考虑．     

盘状星系的颜色星等关系

在Sloan数字巡天计划第二批释放的数据中选择了15257个面向的盘状星系,统计研究它们的颜色星等关系．结果表明3个颜色g-r、r-i、r-z均与r波段的绝对星等有紧密的相关关系,即:越亮的星系,颜色越红,而且色指数弥散越小．并且简单讨论了观测到的颜色星等关系对盘状星系的恒星形成历史的约束．     

基于深度残差网络的星系形态分类

星系形态与星系的形成和演化有着密切的联系,因此星系形态分类(galaxy morphology classification)成为研究不同星系物理特征的重要过程之一。斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)等大型巡天计划产生的海量星系图像数据对星系形态的准确、实时分类提出了新的挑战,而深度学习(deep learning)算法能有效应对这类海量星系图片的自动分类考验。面向星系形态分类问题提出了一种改进的深度残差网络(residual network, ResNet),即ResNet-26模型。该模型对残差单元进行改进,减少了网络深度,并增加了网络宽度,实现了对星系形态特征的自动提取、识别和分类。实验结果表明,与Dieleman和ResNet-50等其他流行的卷积神经网络(convolution neural network, CNN)模型相比,ResNet-26模型具有更优的分类性能,可应用于未来大型巡天计划的大规模星系形态分类系统。     

光学亮星系大尺度分布中的多级结构

本文在Wen等人工作的基础上,对CfA红移巡天样本中银道以北和以南天区中星系的大尺度分布分别进行了分维计算并比较其所得结果。分析表明,这两个区域内星系的大尺度分布存在显著差异。说明CfA样本还不能构成代表宇宙大尺度结构的好样本。另一方面,两个区域中样本分析结果又存在着一些明显的共同点:它们都表现出明显的多级分形特征。结合对IRAS星系红移巡天样本和星系分立小天区红移巡天样本的分析结果。我们认为,多级分形很可能是宇宙大尺度结构的一个普遍和重要的特征。本文对这一特征的含义也作了简略的讨论。     

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。     

基于优先策略的动态选星算法

论述了LAMOST巡天观测战略系统(SSS)中观测策略的实现方法选星算法问题．以国外SDSS望远镜为例介绍了静态选星算法，分析了其不足之处，并结合LAMOST望远镜的特点，提出了一种新的选星算法-“动态选星”算法．动态选星算法基于优先策略原理，可以在满足覆盖完备性的基础上，优化观测效率，并能方便地兼顾观测条件的约束．给出了算法的原理和框架描述，并针对算法进行了模拟计算，证明了算法的有效性．另外需要指出的是动态选星算法不仅适用于LAMOST，它可以普遍地应用于多目标光纤望远镜的巡天选星．     

基于深度学习的LAMOST星系星族参数测量

星系的光谱包含其内部恒星的年龄和金属丰度等信息, 从观测光谱数据中测量这些信息对于深入了解星系的形成和演化至关重要. LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope)巡天发布了大量的星系光谱, 这些高维光谱与它们的物理参数之间存在着高度的非线性关系. 而深度学习适合于处理多维、海量的非线性数据, 因此基于深度学习技术构建了一个8个卷积层$+$4个池化层$+$1个全连接层的卷积神经网络, 对LAMOST Data Release 7 (DR7)星系的年龄和金属丰度进行自动估计. 实验结果表明, 使用卷积神经网络通过星系光谱预测的星族参数与传统方法基本一致, 误差在0.18dex以内, 并且随着光谱信噪比的增大, 预测误差越来越小. 实验还对比了卷积神经网络与随机森林回归模型、深度神经网络的参数测量结果, 结果表明卷积神经网络的结果优于其他两种回归模型.     

X线选射电噪活动星系核的多波段性质

基于被ROSAT全天区巡天观测和射电4．85GHz巡天观测同时探测到的活动星系核的大样本,研究了X射线选的射电噪活动星系核的多波段性质．通过分析该样本中的活动星系核的宽波段能量分布,确认了来自射电、光学和X射线波段的辐射光度之间的显著相关性．这种相关性对于类星体、赛弗特、蝎虎座天体和射电星系是有区别的．同时,探讨了从光学到X射线波段之间的谱指数与红移以及5000A和4．85GHz处的单色光度的相关性．     

CANDELS场中高红移大质量星系的形态结构性质

基于CANDELS(Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey)5个深场巡天的多波段测光数据和HST WFC3(Hubble Space Telescope Wide Field Camera 3)近红外(F125W和F160W)高分辨率观测图像,利用质量限(恒星质量M_*10~(10)M_⊙)选取了8002个红移分布在1z3范围内的星系样本,并对这些大质量星系的形态和结构性质进行了定量分析研究.通过星系形态的神经网络分类方法(Conv Nets),将样本中的星系划分为4类:椭球星系(SPHeroids,SPH)、早型盘星系(Early-Type Disks,ETD)、晚型盘星系(Late-Type Disks,LTD)和不规则星系(IRRegulars,IRR).结果发现星系的形态和结构随红移发生演化,在高红移宇宙星系主要表现出不规则形态,但到低红移处椭球和盘主导的哈勃星系形态序列已经形成.在相同红移区间内,不同类型星系的物理尺寸(r_e)中值从大到小的排序是IRR、LTD、ETD和SPH,而对应的Sersic指数(n)中值大小排序却相反.另外,不同类型星系的re与红移之间存在明显的演化关系,但这样的现象在平均轴比(b/a)和Sersic指数与红移的关系中并没有被发现.     

星系中分子气体物理性质的观测研究

为了研究亮红外星系中分子气体的物理性质,本论文给出了一个小样本近邻亮红外星系初步的观测结果、一个高红移星系IRAS F10214+4724的详细研究以及一个近邻亮红外星系ARP 302的高分辨研究.另外,对Perseus星系团中存在的分子气体给出了高分辨的观测,并研究其气体的运动学状态.对一个小样本的亮红外星系,得到了CO(J=3→2)的成图结果,揭示其气体分布都集中在星系中心或者是并合星系的中心及其星系核的重叠区域.对于其中的一个源NGC 3256,给出了其CO(J=3→2)、     

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.     

盘状星系的大小分布的统计研究

在Sloan数字巡天计划第四批释放的数据中选择了40599个面向的盘状星系,统计研究它们的大小分布.结果表明,面向盘状星系的大小分布在绝对星等区间内,遵从对数正态分布函数.星系的大小与绝对星等紧密相关,即星系越亮,其尺度越大.与文[1]的结果相比, 在相同的绝对星等区间,我们得到的r波段半光度半径要稍高于他们的结果,这主要是因为我们的样本只包括了面向晚型星系,而他们的样本则包括了所有空间取向的晚型星系.     

红移畸变效应理论模型研究进展

星系红移巡天中的红移畸变效应是指由星系本动速度引起的,观测到红移空间中星系成团性呈现各向异性的效应。它是很重要的宇宙学探针,能够帮助我们重构宇宙结构形成的历史,结合宇宙膨胀历史的研究,我们可以打破暗能量模型和修正引力模型的简便性,更精确地限制宇宙学参数。随着观测精度的提高,下一代星系红移巡天(DESI,Euclid,LSST等)有望将红移畸变效应测量的统计误差降低到1%左右,然而目前红移畸变模型普遍都还有5%~10%的系统误差,因此,红移畸变模型的精度已经成为这个领域发展的瓶颈。我们介绍了几个主流的红移畸变模型,重点讨论每个模型中采用的假设及其局限性,并提出进一步改进的方向。     

盘星系的内禀扁度研究

盘星系的内禀扁度对计算星系的空间倾角非常重要．对从LEDA数据库中选取的14988个盘星系进行内禀扁度的统计分析．研究表明，盘星系的内禀扁度与星系的形态密切相关．整体上说，透镜星系和不规则星系的内禀扁度qo大于旋涡星系，早型旋涡星系的内禀扁度qo大于晚型旋涡星系，其中Scd星系的内禀扁度qo最小．利用所得的qo-T关系，还对16个已知倾角的亮星系进行了倾角计算，发现与其他方法估计的空间倾角符合得较好．