基于聚类的星系光谱分析

各类大型巡天项目产生了海量的天文数据,因此,需要研究适用于大规模数据的光谱自动处理方法。传统的基于谱线检测或BPT(Baldwin, Phillips, Terjevich)诊断图的星系光谱分类方法难以直接应用于星系光谱自动分类,相比之下,基于机器学习的光谱自动分析更适用于海量天文数据的分类研究。提出一种基于双层聚类的星系光谱分析方法。第1层采用k均值聚类算法将星系光谱分为吸收线星系和发射线星系,第2层使用CLARA(Clustering LARge Applications)聚类算法将发射线星系聚为5簇。对LAMOST DR5的星系数据进行实验,结果表明:(1)第1层k均值聚类能够成功将星系光谱分为吸收线星系和发射线星系,聚类簇与基于谱线检测的分类结果基本一致。(2)第2层CLARA聚类结果能够在BPT图中反映出不同的星系类型。(3)光谱聚类结果与颜色星等图分类存在预期的相关性。(4)k均值聚类和CLARA聚类能够适用于大规模数据自动分析处理,聚类结果能够很好地反映星系的物理性质和演化过程,簇心数据可以为光谱自动分类系统提供模板。     

赛弗特星系恒星速度弥散度的测量

星系中心黑洞质量和核球恒星速度弥散度的紧密关系揭示出准确测量恒星速度弥散度对测定星系中心黑洞质量尤为重要.文中提供了一种利用SDSS(Sloan Digital SkySurvey)光谱测定速度弥散度及其不确定性的方法.通过对像素空间包含显著特征吸收线的4个不同谱区的拟合,得到准确测量恒星速度弥散度σ的光谱区域.文中4个拟合波段主要包含的吸收线为CaⅡK,MgⅠb三重线(波长5167.5,5172.7,5183.6(?))和CaT(CaⅡ三重线,波长8498.0,8542.1,8662.1(?)).不同区域结果表明,MgⅠb区由于受到铁族发射线影响,拟合的σ值偏低;CaⅡK线区谱线强度很弱,易受限于最小二乘法搜索算法;CaT+CaⅡK联合区得出的速度弥散度和只计算CaT区域的结果相当.利用该方法,测试了一个红移小于0.05的赛弗特星系样本,发现CaT区是测速度弥散度的最佳谱区.     

TM65m望远镜谱线观测系统的频率校准

频率校准是进行谱线天文观测前必做的准备工作,对上海天文台TM65m射电望远镜的谱线终端DIBAS(Digital Backend System)进行了频率校准及测试工作,发现它有良好的性能.首先,进行了PCAL信号注入测试,对DIBAS终端的频率分辨率、频率漂移、谱之间间隔的稳定性进行了测试.1 h内,单个尖峰频率漂移的最大变化幅度为0.03通道,尖峰之间间隔的最大起伏为0.05通道.然后,通过对大质量恒星形成区的H_2CO脉泽与吸收线的观测,以及与GBT(Robert C.Byrd Green Bank Telescope)观测结果的比较,发现频率校准的结果是正确的.最后,对W3(OH)进行了1个多小时的羟基脉泽观测和5个多小时的甲醇脉泽观测,发现谱线的谱型保持一致,观测噪声与理论噪声一致,说明频率校准程序是稳定可靠的.     

河外H2O超脉泽源及与其相关的分子谱线的观测和研究

自从在活动星系核NGC4945的视线方向上发现第一个河外H2O超脉泽源以来，迄今为止已发现了19个河外H2O超脉泽源，对与活动星系核成协和河外H2O超脉泽源及分子谱线的观测和研究是探测和研究活动星系核核区中央源，拱核气体和尘埃环性质的非常有效的工具，主要评述对河外H2O超脉泽源及与其相关分子谱线的搜索，观测和理论研究现状。     

发射线星系[OⅡ]λ3727/Hα谱线流量比的研究

利用从斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey,简称SDSS)第4次释放的光谱数据中选取的10~5个发射线星系样本,研究了[O_Ⅱ]λ3727/Hα流量比与星系尘埃消光、气体电离态和金属丰度的关系.发现尘埃消光改正对[O_Ⅱ]λ3727/Hα谱线流量比影响显著,消光改正前、后的[O_Ⅱ]λ3727/Hα谱线流量比的中值分别为0.48和0.89;尘埃消光改正后,F([O_Ⅱ]λ3727)-F(Hα)的弥散显著减小.贫金属星系的[O_Ⅱ]λ3727/Hα谱线流量比随星系气体的电离度增高而减小,而富金属星系不存在这种关系.另外,[O_Ⅱ]λ3727/Hα流量比与星系金属丰度相关.当12+lg(O/H)8.5时,星系[O_Ⅱ]λ3727/Hα流量比随金属丰度增加而下降;12+lg(O/H)8.5的星系,谱线流量比与金属丰度正相关.最后,利用气体电离度参数和星系的金属丰度,给出了计算不同类型星系[O_Ⅱ]λ3727/Hα流量比的公式.LAMOST望远镜将观测到大量红移z0.4的星系光谱,利用该公式可以给出星系的[O_Ⅱ]λ3727/Hα流量比,从而可以利用[O_Ⅱ]λ3727谱线流量计算z0.4星系的恒星形成率.     

Seyfert星系核大蓝包特征

借助HST高分辨率观测图像所分离的Seyfert星系核的光学光度,以及IUE观测的紫外流量,来推算Seyfert星系核的大蓝包特征谱指数(α)(Fν～ν-α)并进行统计。发现样本的平均谱指数是-0.55,比Sloan数字天空巡天(SDSS)类星体合成谱幂律拟合谱指数(0.46)要小,更接近于经典吸积盘理论所预测的光学—紫外谱指数(-0.3)。尽管谱指数分布仍然较宽,但与星系总辐射所推测的大蓝包谱指数αT相比,大多数天体都有所降低。另外发现,相比Ⅰ型来说,SeyfertⅡ型星系核大蓝包特征谱指数的降低有异常的大,可能与星系盘上紫外辐射在Ⅱ型总辐射中占有相当大的份额有关。     

极亮红外星系和活动星系核(英文)

介绍了我们对极亮红外星系研究的系列工作。这些工作包括对星系并合激发星暴和星系核活动并最终形成椭球星系的演化过程。特别介绍了星系多重并合的观测证据和IRQSO与窄线Seyfert 1(NLS1)、低电离宽吸收线类星体之间可能的演化关系     

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.     

类星体SDSS J2220+0109中特殊吸收线系统的发现与研究

斯隆数字巡天光谱数据中发现,类星体SDSS J2220+0109光谱中同时出现如下极为罕见的吸收线:氢巴尔末线Hα和Hβ,亚稳态He I* λλ3889、3189tt,CaⅡH、K,以及来自FeⅡ*能级的波数分别为7 955 cm~(-1)、13 474 cm~(-1)和13 673 cm~(-1)的众多吸收线.上述吸收线具有相似的速度结构,线宽达1 500 km·s~(-1),相对于发射线表现出蓝移.研究结果表明,这些吸收线很可能来自部分电离区,密度n_E≈10~6cm~(-3),柱密度N_(H I)≈10~(21) cm~(-2),Lyα共振散射对氢原子的激发起重要作用.SDSS J2220+0109斯隆r星等为16.56 mag,是探索活动星系核中特殊吸收线起源的理想实验室.将来的紫外光谱观测可以更加准确决定吸收气体的密度、柱密度、电离参数等物理性质;光学光谱监测有助于限定吸收线的产生机制.此外还发现,SDSS J2220+0109中的FeⅡ发射线显著区别于典型的窄线赛弗特Ⅰ型星系ⅠZw 1,很可能来自低密度气体,进一步研究有助于理解类星体中FeⅡ发射线的起源.     

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。     

活动星系核中的射电喷流(英文)

简要介绍了近几年上海天文台活动星系核研究的某些进展。其中包括EGRETAGNs子样本 ,中等BLLacs (IBLs)源和宽吸收线类星体的VLBI观测研究 ,以及关于活动星系核中射电喷流与吸积盘联系的若干统计研究结果。     

HI吸收线星系中的射电连续谱研究

利用VLBI档案数据研究了5个在40％阿雷西博河外HI巡天天区(α.40天区)发现的具有本征HI吸收线的星系,分析了它们在毫角秒尺度下的射电结构及亮温度TB,并计算了星系的q值(远红外流量与射电流量密度之比)以及利用WISE(wide-field infrared survey explorer)数据对星系进行了分类....     

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。     

阻尼莱曼α吸收线系统研究进展(Ⅰ)——巡天观测和统计性质

阻尼莱曼α吸收线系统(DLAs)是中性氢柱密度超过2×10~(20) cm~(-2)的类星体吸收线系统。按照现有的观点,DLAs是高红移环境中星系及恒星形成的中性气体库,它们很可能是现今星系的前身。近20年来随着DLAs巡天观测的迅猛发展,尤其是SDSS巡天观测数据的释放,DLAs统计样本达到千计的量级,大大推动了DLAs的观测和研究。由于受到观测的某些限制,样本还有偏,尤其是缺少低红移DLAs,但是,通过大样本DLAs系统的研究,已经获得了有关宇宙中性气体演化的许多信息,如DLAs的数密度在高红移处(z1.5)是有演化的,但在低红移处基本不演化,从而确认了今天的星系形成于较高红移处。研究也发现DLAs对宇宙质量密度的贡献随红移的演化减弱,DLAs的中性氢气体柱密度分布函数与本地星系的中性氢柱密度分布函数十分相似等一些有趣的结论。着重介绍DLAs的基本知识以及20年来巡天的有关进展,包括DLAs的观测证认、统计特性等,并指出目前DLAs样本不完备的主要原因。     

活动星系核中的铁线起源于Cerenkov线状发射的再论证--光薄情况下的模型计算

详细讨论了流行的“反射盘-光电吸收-荧光线”模型在解释活动星系核(AGN)的中、低价铁的Kα线起源时面对观测的困难，进一步指出新认识的谱线发射机制--Cerenkov线状辐射有可能是产生AGN铁Kα线的主要机制．并论证等离子体中氢对折射率的负影响可以忽略不计，计算了光薄情况下的Cerenkov铁Kα线发射，并与观测做了比较．进一步证实了新机制的合理性，并由此给出黑洞附近物理状态的新图景。     

九个类星体的氢L_α吸收线的统计研究

本文研究了九个类星体,即B2 1225+31.7,PKS 2126—158,Q 0002—422,Q 0453—423,PHL 957,PKS 0528—250,PKS 0805+046,PKS 1448—232和PKS 1442+101的高分辨率光谱中L_a吸收线的性质.发射线红移的范围是2.20≤Z_(em)≤3.54;L_a吸收线的红移范围是1.70≤Z_(abs)<3.54,总数为350条. 统计分析的结果支持了如下结论:(1)L_a吸收线的数密度在不同类星体之间没有显著差异;(2)L_a吸收线的数密度随红移没有显著变化;(3)L_a吸收线的静止等值宽度谱随红移没有显著变化;(4)L_a吸收线的性质在L_a发射线翼同连续区没有差别;(5)L_a吸收线的两点相关函数在分辨率极限内是平坦的,与星系相关函数的行为不同. 这些结果表明,高红移类星体中的L_a吸收线,很可能是均匀分布于宇宙空间的星系际氢云产生的.     

几个极高光度IRAS星系的射电频谱

使用澳大利亚致密阵（ATCA）对一个红外光度高达10^11.8-10^12.8L⊙的IRAS星系样本进行了8.6,4.8,2.4和1.4GHz的射电观测，发现其中有4个源在高频为陡谱，在较低频率上流星降低，呈峰状，峰值在几GHz。讨论了造成频谱倒转的两种可能机制：同步自吸收和free-free吸收。通过对00199－7426，02587－6336，07020－5423和21547－5823的频谱分析，我们认为free-free吸收可能导致了低频倒转谱的形成。通过对观测数据的模拟，获得了这几个源的有关物理参量。     

有中微子晕的星系中恒星谱线移动的分布

大质量中微子晕的存在,必然会对晕内星系中的恒星运动产生显著影响。本文用广义相对论讨论了有中微子晕的星系中恒星的谱线频率移动的分布,得到了与经典开普勒运动不同的分布。这一结果为证实中微子晕的可能存在提供了一种可观测效应。     

阻尼莱曼α吸收线系统研究进展(Ⅱ)——金属元素柱密度的测量方法

利用天体光谱上DLAs系统吸收线测定星际或星系际介质的金属元素丰度,是研究星系际介质和星系化学演化的基础。目前主要有三种测定元素柱密度的方法:生长曲线法、谱线轮廓拟合法和视光深法。古老的生长曲线法目前主要应用于光谱分辨率不高的观测,而且常常只用于气体云光学薄的情形,但是这种方法不受仪器轮廓的影响。在当今光谱分辨率观测普遍较高以及计算机技术相当发达的情况下,谱线轮廓拟合法和视光深法获得了更多的应用,尤其是谱线轮廓拟合法。只是它有较多的自由参数需要确定,从而需要大量的计算时间,有时会出现几个不同收敛解的情况;另外,在谱线混合严重的情况下这种方法也会引入较多的偏差。至于介于这两种方法之间的视光深法,由于简单而可靠,当今也受到部分研究者的偏爱;只是由于谱线隐性饱和的存在,使这种方法的应用受到限制。     

分子云ORION-KL的CH_3CN J_K=6_K-5_K谱线的观测

使用名古屋大学4米毫米波射电望远镜于1995年1月对分子云ORION-KL区域的CH_3CN J_K=6_k—5_k谱线(110GHz)进行了观测,得到了该区域的5点的谱线(grid=2角分)。该谱线的观测为青海站13.7米毫米波射电望远镜提供了又一条可供观测的分子谱线。