星系形成和演化

在现代宇宙学的框架下对当前星系形成和演化方面的研究结果作一综合评述，内容包括知种现代化观测手段所得的结果及其物理内涵，各种模型的成功与不足之处。     

星系演化探测器GALEX

空间天文学发展了几十年,在近、远紫外波段,虽然各式各样的卫星有很多,但过去的科学实践更强调获得天体的紫外光谱,尤其是银河系中恒星的光谱。而拍摄天体紫外图像的卫星,     

星系的起源与演化

星系的起源与演化许梅在“银河系的的起源与演化”一文（本刊１９９４年第３期第２８页）中，我们介绍了关于银河系的两种学说：气云凝聚说和混沌诞生说，这篇文章将向读者介绍星系起源与演化的气云凝聚说及近２０多年来在此问题上的一些进展：每个星系并不是在宇宙创生大...     

双源射电星系的演化特性

选取已知红移的双源射电星系77个,对它们的某些演化特性进行了统计研究,得到如下结果: 1.双源射电星系的射电角径θ和红移Z的关系(θ-Z关系),不但存在一个上包络(θ_max-Z),而且存在一个下包络(θ_min-Z)。后者表明双子源线距有一个下限,其值为D_min=40kpc。这可能表明双源形成时,真距离就为D_min,然后开始演化。 2.统计了子源的射电光度L、体积V、总能最E、以及L/V和E/V与双源之间的线距D的关系,发现对L—D,V—D,E—D,存在一个临界线距D_c=600kpc。当DD_c时,L、V和E大体上保持不变。L/V和E/V基本上不随D变化,表明在相当大的演化尺度(至少1Mpc)内,单位体积的光度和能量密度不随D变化。 3.对于具有D>Dc的(最)大角径的双源射电星系,其光学星系的绝对星等M和线距D之间似乎存在某种演化关系,即M随D的增大而增大,演化速率约为+4~m.8/Mpc。     

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。     

葵花星系和鳄鱼眼星系

葵花星系M63 猎犬座内的旋涡星系M63(NGC5055),其大小和质量与我们银河系不相上下。它的位置为赤经:13时15.8分,赤纬:42°02′;角大小为12′.6×7′.2;视星等为8.6等;距离为2350万光年。是梅西叶的年轻同事米钱恩(P.Mechain)于1779年6月14日首先发现的。     

星族综合模型与星系的颜色演化

本文利用Ｂｅｒｔｅｌｉ等人新算出的等龄线，以及Ｇｕｎｎ和Ｓｔｒｙｋｅｒ观测的恒星光谱（３１３０－１０８００）构造了一个星族综合模型．该模型能预计金属丰度在Ｚ＝０．０００４－０．０５，年龄在１０７－２×１０１０年范围内的简单星族（ＳＳＰ）的光谱能量分布（ＳＥＤ）．利用ＳＳＰ，通过对不同时刻恒星形成率的卷积能够得到星系的ＳＥＤ的演化．我们计算出ＳＳＰ以及星系在ＵＢＶＲＩ系统和ＢＡＴＣ１５色中带测光系统中的颜色．计算出的从Ｅ／ＳＯ到Ｓｄｍ各类星系的ＵＢＶＲＩ颜色在年龄为１２Ｇｙｒ时都和观测符合较好．因此，我们的模型为正在进行的关于星系ＳＥＤ的多色测光研究提供了理论上的探索．     

星系团的观测特征、空间分布和成员星系的演化

星系团是宇宙学研究的重要领域之一,本文从观测的角度介绍了星系团的一些特征,如丰度、成份、形态分类和尺度,以及星系团的X射线和射电辐射性质,还简介了有关星系团演化的一些最新进展。数字模拟是天体物理中近年来应用得较多的研究手段之一,本文也介绍了在cD星系演化方面的一些数字模拟结果。星系团空间分布的研究直接依赖于所取样本的完备性,本文简述了在这个领域内的部分工作近况。     

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.     

星系中球状星团的形成与演化

球状星团与星系的形成和演化过程密切相关,研究球状星团是研究星系形成和演化的重要途径之一。综述了球状星团在观测上的统计结论,观测对理论模型的限制,利用数值模拟和半解析模型研究球状星团形成和演化等阶段的进展。理论研究主要包括球状星团的形成、密度轮廓、初始质量函数,球状星团在质量、大小、空间上的演化,星系并合对球状星团形成和演化的影响等。通过介绍当前研究的主要模型、相关的研究结果以及该领域尚未解决的一些难题,阐明球状星团与星系的关系,深化对球状星团和星系形成和演化的认识。     

双星对早型星系化学演化和冷却函数的影响

通过星族合成方法发现:在星系参数拟合计算中,相比于单星星族,双星星族可以得到更大的年龄和更高的金属丰度,但双星如何影响星系演化仍不清楚.另外,对于早型星系存在的紫外超现象,目前存在两种主流的解释,一种是有年轻的星族形成,另一种是由双星星族中产生的高温天体引起,但具体哪一种形成机制仍不确定.计算了双星演化抛入星际介质的元素,结合星系化学演化模型和MAPPINGS III程序,研究了双星星族对早型星系气体冷却以及星系演化影响.结果显示,相比于单星演化,双星演化使得抛出的物质和金属丰度增加.另外,得到了早型星系紫外超两种机制下,抛入星际介质的各种元素丰度,发现一些元素的丰度比是不同的,这就意味着,这两种机制可以利用元素丰度比和平均金属丰度进一步认证.同时也计算了两种机制下星系的冷却函数,发现双星机制下的冷却更加有效.     

活动星系核的演化与宇宙学红移

通过搜集了457个活动星系核样本,根据活动星系核的演化实质是指宇宙时标上的变化,讨论了红移量与活动星系核演化的关系,最终证明了活动星系核的演化分为两个序列:(1)从类星体到Seyfert星系之间的演化;(2)平谱射电类星体(FSRQ)—BL Lac天体—射电星系(RG)的演化。     

星系中巨分子云的形成与演化

星系中的巨分子云(GMCs)是恒星形成的主要区域,因此它的形成和演化对于星系的演化是至关重要的。本文中将介绍分子云的基本特性、分子云之间的碰撞和巨分子云的形成、碎裂和寿命以及其他环境因素,如旋臂扰动、较差自转等在巨分子云的形成和演化中的作用。同时也探讨在采用数值模拟研究巨分子云演化时所取分子云数目的影响。     

大质量黑洞及其寄主星系的共同演化

<正>类星体寄主星系的观测结果以及星系核球与黑洞质量间的密切相关,清晰地给出一幅星系和黑洞共同演化的图像.如何描绘出这幅图像,有大量未解决的问题,其中不乏基本问题.本文努力构建这幅美妙的图像,内容覆盖了种子黑洞的形成、大质量黑洞的自旋和负载循环的宇宙学演化、星系的恒星形成率随质量和红移的演化以及星暴和黑洞活动的相互作用.     

密度波理论中星系激波的时间演化

密度波理论中星系激波的解大都假设为局部的,并且往往不考虑星际气体自引力的影响。本文取消了上述两个假设条件,求解了二维不定常气体动力学方程组,其中包括了星际气体的自引力效应。研究了在外加扰动螺旋引力场的作用下,轴对称气体盘中星系激波的形成过程。得到了星系激波的运动和密度分布特征。与非自洽的局部激波解相比,两者的定性特征相似,但定量结果有较大差别。计算表明,星系激波宏图的图样速度随时间和空间而变化,变化的大小甚致超过了外加密度波的图样速度。形成星系激波的特征时间约为5×10~8年。由于激波宏图与外加密度波宏图的相对缠卷,难于维持准稳恒的星系密度波,但每一具体时刻仍有大尺度的星系激波宏图。     

活动星系核中心黑洞热力学量的演化

本文考虑吸积和Blandford－Znajek过程的影响,活动星系核中心黑洞的无量纲化角动量最终要演化至一稳定值,也就是说中心黑洞不会演化至极端Kerr黑洞,即不会打破热力学第三定律．这一演化过程对厚、薄两种不同几何结构的盘是相似的,即从性质上说其不依赖于盘结构．无量纲化角动量最终稳定值的大小由BZ过程的强度和吸积盘的几何结构确定．     

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）.     

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.     

近邻盘星系的演化及恒星形成历史研究

正星系是构成宇宙的基石,其形成与演化是21世纪天体物理研究领域的前沿课题之一.近邻星系具有大范围的空间参数,可以较为容易地获得高空间分辨率和高信噪比的观测数据,为研究星系形成与演化的理论模型提供最丰富的观测约束,因此近邻星系是研究星系形成、结构和演化历史的理想"实验室".为了了解星系的形成与演化历史,对单个星系个性特征的研究是非常有必要的.在星系个性特征的研究方面,唯象模型体现了其独特的价值.本文利用唯象模型分别研究了一个较为简单的、孤立的