星系内禀指向对弱引力透镜剪切场信号污染的去除方法

星系的内禀指向(intrinsic alignment, IA)的关联性是弱引力透镜观测中剪切场信号的一个重要系统误差,人们在之前的弱引力透镜研究中已经提出了许多修正该误差的方法。从数据处理方面,人们可以剔除物理距离比较近的星系对,但是这种方法只能近似消除星系内禀指向自相关带来的污染项,并不能消除星系内禀指向与周围物质密度场的相关性,并且这种方法也会丢失很多星系的信息。而目前弱引力透镜观测中广泛使用的IA模型与实际的IA模型可能相差甚远,使用不同的IA模型得到的宇宙学参数会存在很大差别。虽然零调(nulling)技术不用假设IA模型,但是这种技术仅能消除星系内禀指向与周围物质密度场的相关性。另外,由于这种技术须对红移设置不同的权重,所以会失去IA对红移的依赖性。Zhang~([1, 2])提出的自修正方法,在不假设任何IA模型的情况下,利用多种观测量以及几个物理量之间的比例关系就能够把弱引力透镜中的IA信号很好地消除。此自修正方法可望广泛应用于即将开始的第四代弱引力透镜巡天中。     

基于Shapelets基函数的引力透镜质量重构方法

引力透镜效应是探测星系团物质分布的有效方法之一.目前,利用引力透镜数据重构星系团质量分布的主流方法可以分为两大类,即参数法和非参数法.在实际研究工作中,受限于质量模型假设和计算分辨率等方面的影响,现有的重构算法仍有诸多亟需解决的问题.基于Shapelets基函数的引力透镜质量重构方法通过基函数来实现引力透镜质量重构,使用Shapelets基函数分解引力透镜势,以引力透镜中多重像的位置和背景星系椭率畸变为限制条件来迭代求解基函数系数从而得到透镜体的质量分布.通过拟合一个模拟的NFW (Navarro,Frenk and White)透镜系统测试了新方法的可行性,结果表明新方法可以在整体上重构出透镜体的质量分布,并拟合出接近真实的源位置,能够为星系团质量测量提供一套灵活且高效的重构算法.     

利用微引力透镜效应搜寻银河系内的重子暗物质

该文综述了利用微引力透镜效应来搜寻银河系内重子暗物质的原理、观测方法和结果以及当前国际上几个小组的工作和主要进展。简要回顾了对重子暗物质的认识过程，其中广泛分布于星系之中的暗天体被称为晕族大质量致密天体（MACHO）。综述了一些关于引力透镜的一些基本概念和基本公式，其中简单讨论了强引力透镜、弱引力透镜和微引力透镜的区别，并列出微引力透镜的两个重要参数光深和光变时标的定义及表达式。详细阐述了对于MACHO探测的方法和一些观测效应细节。综述了目前几个小组的工作，包括MACHO小组和EROS小组等，其中MACHO小组近来的工作得出MACHO为银晕的重要组成部分，其质量比例约为20％；而EROS最近工作得出的质量比例上限为7％。     

基于盲退卷积的AIA图像增强方法

太阳图像中存在各种不同尺度、亮度和结构的物理活动现象,由于太阳日冕高动态活动和传感器设备等因素的影响,太阳图像成像质量不佳。根据太阳动力学天文台(Solar Dynamic Observatory,SDO)的大气成像仪(Atmospheric Imaging Assenbly,AIA)拍摄不同波段数据结构的动态范围大、噪声大、结构相对模糊等特点,提出一种基于盲退卷积的图像增强方法。首先对图像进行去噪和降低动态范围的处理,基于图像功率谱的分布假设,从原图中估计点扩散函数(Point Spread Function,PSF)的功率谱;然后使用相位提取算法恢复点扩散函数的相位,再退卷积得出较高质量的目标图像;最后通过轮廓切片分析、功率谱分析以及点扩散函数分析对增强结果进行定量和定性评价。实验结果表明,相比现有的图像增强方法,该方法在有效增强太阳日冕图像细节结构的同时,能够复原原图中因模糊无法识别的结构。     

灾难性测光红移对重子声波振荡和弱引力透镜限制暗能量状态方程参数的影响

研究了存在灾难性测光红移误差时重子声波振荡(Baryon Acoustic Oscillations,BAO)和弱引力透镜(Weak Lensing,WL)的互补效应,以及灾难性测光红移误差对限制暗能量状态方程参数的影响。针对类大口径全天巡视望远镜(Large Synoptic Survey Telescope,LSST)的巡天项目,建构了在z-zph面左上角(UL)和右下角(BR)局域性分布的灾难性测光红移误差模型,并分别针对左上角和右下角的灾难性测光红移,利用费舍尔矩阵(Fisher Matrix)分别估计它们对重子声波振荡、弱引力透镜和联合重子声波振荡+弱引力透镜(BAO+WL)限制暗能量状态方程参数的影响。若拟合模型没有包括实际存在的灾难性测光红移误差,则左上角和右下角的灾难性测光红移造成的偏差并非总是同号的。重子声波振荡受灾难性测光红移误差的影响最小,对于总比例为Ft=0.02的灾难性测光红移,最大的影响也只是左上角和右下角两部分对w0造成的偏差,相对偏差约为30%。但在对弱引力透镜和联合重子声波振荡+弱引力透镜的影响上,通常都有几倍的偏差,因此灾难性测光红移误差的影响不可忽略。另外,关于弱引力透镜对w0的限制,左上角和右下角造成的偏差大小几乎相等,但符号相反,从而导致总体影响反而变得很小。当拟合模型包括灾难性测光红移误差在内后,虽然测光红移误差分布模型多了45个自由度,但在同样大小的训练集的情况下,重子声波振荡和弱引力透镜的互补效应仍然很强。在此条件下,暗能量状态方程参数的误差并没有太大的增加。特别是重子声波振荡的限制结果增加量少于1%。弱引力透镜对w0和wa的限制误差分别增加了14%左右(UL+BR)和6%左右(UL+BR),而联合重子声波振荡+弱引力透镜对w0和wa的限制误差都只增加5%左右(UL+BR)。     

CCD恒星光度测量方法研究进展

天体的光度测量是测定接收到的天体的电磁辐射流量,天体物理学中也称之为测光.测光是天体物理研究中最基本的研究方法之一,由恒星的测光值可以得出其他重要的天体物理参量,如恒星的视星等(亮度)、色指数(颜色)、温度以及变星的光变曲线;结合恒星距离的测定,也可以得到其光度等物理特性.电荷耦合器件(CCD)作为新一代探测器得到广泛使用,针对探测器的数字化方式出现了各种不同的测光方法.首先简单介绍CCD探测器;然后重点介绍孔径测光以及它的适用范围;接着介绍点扩散函数测光和它的适用对象,包括在点扩散函数测光中用的两种比较新的点扩散函数模型——数字点扩散函数(digital PSF)和有效点扩散函数(ePSF);进一步介绍孔径测光和点扩散函数测光的对比,并引出一种把这两种方法结合起来的测光方法;作为测光方法近期的一项重要应用,介绍在密集场中变星光变的精确测定方法;最后总结这几种测光方法并对未来的方法改进提几点看法.     

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。     

一种快速的天文图像模拟方法及分析

图像模拟在天文学研究中已经发挥越来越重要的作用,其重要性主要表现在以下几方面:通过模拟可以为准备研制的天文观测设备评估提供重要的依据;通过对模拟数据的处理可以验证数据处理的算法。对图像模拟的整个过程进行描述,并在计算上对图像模拟的局部方法进行优化,使模拟结果能够高效准确的生成。主要工作包含以下几方面:对天体形态的模拟,包括点源(如恒星)和展源(星系),这里主要对展源建模;模拟观测条件,主要是仪器和天光背景等产生的噪声;模拟点扩散函数;从计算和程序的方法对计算流程进行优化;对结果进行分析。采用的数据是哈勃超深空场(HUDF) ACS WFC i(F775)波段的数据,其极限星等达到29等。通过对模拟结果的分析,可以看出该方法能够快速并且较为准确地对星系图像进行模拟。     

爱因斯坦环及其星系团环境

该文研究了以星系作为透镜体产生的切向弧(即"爱因斯坦环")的强引力透镜现象,并对该领域近年来的观测和研究作了总结.对形成这些强引力透镜"环"的星系所进行的研究表明,其附近存在的质量所产生的会聚和剪切对透镜的质量分布模型非常敏感.在大视场巡天中找到的这种爱因斯坦环的数目相当多,大约是每平方度10个,其中"强引力透镜巡天"(Strong LensingLegacy Survey,SL2S)提供了大量处于星系团视场中的由椭圆星系产生的爱因斯坦环样本.系统地研究星系团外围存在的爱因斯坦环,一方面可以理解星系团环境对爱因斯坦环的影响,另一方面可以利用它们来探测星系团的物质分布,并进而对冷暗物质宇宙学提供新的探测方法.     

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。     

关于类星体宇宙学红移的新证据和新认识

自对类星体红移解释发生激烈争论以来,近7、8年新的观测证据、统计分析和理论解释,都是有利于宇宙学红移解释的。它们包括: a)与类星体红移相等但光学光度弱得很多的成协星系的系统观测和结果; b)引力透镜事例的发现和解释; c)标准烛光化后获得的视星等-红移关系; d)标准宇宙模型下解释了类星体发射线红移分布; e)射电子源间最大角径θ与红移图上上包络线的存在; f)理论上给出了可能的产能机制和传能过程,并获得新的观测证据。但是与类星体红移不等的星系成协事例,仍有待深入观测和进一步研究。     

主并合星系对SFR的增幅与其他参数关系的研究

主并合星系对是研究星系同时受到本身与外部环境影响的绝佳实验对象,而星系恒星形成率的变化可以示踪这些影响产生的作用.星系的恒星质量、星系对之间的投影距离与相对倾角都是影响恒星形成率的几个重要因素.研究结果表明,更大恒星质量星系倾向于有更大的恒星形成率增幅,相对倾角接近平行的星系同样趋于有更大的恒星形成率增幅,而投影距离在研究范围内与恒星形成率没有相关性.     

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.     

光学系统参数确定带宽约束的天文图像盲反卷积

大气湍流极大限制了地基大口径望远镜观测天文目标图像的空间分辨率.根据最大似然估计原理,提出了用实际光学带宽约束的可有效减小天文观测图像中大气湍流影响的盲反卷积方法,通过共轭梯度优化算法使卷积误差函数趋向最小.建立了望远镜光学系统参数和图像频域带宽的关系,采用变量正性约束、点扩散函数带宽有限约束,提高算法的收敛性.为避免图像处理中有效傅立叶变换频率超出截止频率,要求采集望远镜焦面图像时单个成像单元(如CCD像素单元)应小于四分之一衍射斑直径.算法中未用目标支持域约束,所提出的方法适用于全视场天文图像恢复.用计算机模拟和对实际天文目标双鱼座图像数据的恢复结果验证了所提出方法的有效性.     

近地天体望远镜的PSF分布研究

盱眙近地天体望远镜CCD视场为1.94°×1.94°,作为大视场望远镜由于存在场曲现象,因此根据单颗星像调焦会导致PSF(Point Spread Function)分布不均匀.研究所拍摄图像的PSF分布特征,并通过拟合半高全宽和离焦量的函数关系模拟出弯曲焦面,从而确定出最佳成像平面.制定出根据PSF的半高全宽直方图来判断最佳成像平面的调焦方法.     

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.     

面向类旋涡星系盘有效厚度的获取及图像处理方法

面向类(face-on)旋涡星系盘的有效厚度或标高不能通过表面亮度测光的方式测量.为了获得面向类旋涡星系盘的厚度参数,将基于三维星系盘引力势Poisson方程在等角对数螺旋型物质密度扰动情形下的解,运用一种解析法对面向类旋涡星系盘的标高进行测算.为了去除星系核球的光污染而获得旋臂最内点位置(r0)的重要参数,使用了在星系观测图像中扣除双成份(盘+核球)测光模型的图像处理方法.通过对旋涡星系相关结构参数的拟合测量,各得到了一个普通旋涡星系(S)与棒旋星系(SB)的有效厚度与相关参数,并给出了它们的球盘比(rb/rd)和星系盘的标长与厚度之比(rd/H).采用这种在观测图像中扣除双成份测光模型的方法,将更容易看清旋臂结构的最内端,因而这里获得的禁区半径r0的数值往往比从原星系图像上直接测量的数值要小,获得的星系盘有效厚度将更薄.     

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。     

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。     

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.