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。     

星系中分子气体和原子气体的研究进展

星际介质中的分子气体(主要是分子氢H2)和原子气体(主要是中性氢HI)成分是星系中重子物质的重要组成部分,它们对于星系中的各种物理过程至关重要。近年来随着观测技术的提高,分子气体和原子气体的观测结果越来越多,其中中性氢主要依靠21 cn氢原子射电辐射和DLA吸收体来观测,分子氢则通过一氧化碳作为示踪分子来探测。在这些观测结果基础上,理论工作者建立了一系列模型来解释和研究星际分子原子气体的转换,分子气体与恒星形成,分子气体和原子气体在星系形成和演化中所起的作用等,并为将来更进一步的观测提供了指导和预言。     

行星状星云中CO(1-0)谱线发射的新观测

利用紫金山天文台青海观测站１３．７ｍ射电望远镜,对５个行星状星云给出了新的谱线观测结果。其中行星状星云Ｍ１－８和Ｍ３－３已探测到ＣＯ（２－１）的发射,给出了它们的ＣＯ（１－０）观测结果;为曾进行过ＣＯ观测,但未探测到ＣＯ发射的行星状星云Ｍ１－１２、Ｍ２－４３和ＮＧＣ６５３７,第一次证认了它们的ＣＯ（１－０）发射。     

基于ALMA高分辨率的多谱线数据对 NGC 1068核区中物理性质的研究

利用ALMA干涉阵望远镜(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)的高分辨(～0.2′′–0.7′′)的多谱线数据,包括CO (1-0)、CO (2-1)、CO (3-2)、HCN (1-0)、HCO⁺(1-0)、 HCN (3-2)、 HCO⁺(3-2)、HCN (4-3)和HCO+(4-3),并结合连续谱数据对近邻星系NGC 1068核区的物理性质进行了研究.速度积分强度图显示核周盘(CircumNuclear Disk, CND)呈现不对称的环状结构,尺度～300 pc.各分子谱线均显示, CND上的东发射结(E-knot)比西发射结(W-knot)有着更强的发射,且E-knot处表现出的分子气体的速度比W-knot更高.致密分子气体含量占比(用HCN或HCO⁺不同转动跃迁线与CO (1-0)的积分强度比值表示),以及致密分子气体比值(HCN/HCO⁺)均在CND的东部表现出更高的值,意味着CND东部和西部有着不同的物理环境或化学组成. CO ...     

H_2的中红外波段研究进展

近年来红外望远镜的发展使得研究人员可以利用红外光谱数据探测到H_2的旋转谱线。这些谱线来源于"温"的分子气体。首先介绍关于H_2辐射的研究现状以及目前的研究热点,然后着重讨论在中红外波段观测到的H_2辐射与恒星形成以及与总分子气体质量之间的关系。对使用不同方法和不同数据的工作进行数据和方法的交叉检验后发现:在恒星形成星系中,H_2在中红外波段的辐射与恒星形成相关,而在活动星系核中是由激波激发,与恒星形成无关;另外,星系中的总分子气体质量可由H_2在中红外波段的辐射通过建模推出。从不同类型的星系推出的总分子气体质量与H_2辐射的相关性不明显,但总分子气体表面密度与H_2辐射有一定的相关性。从几个方面对这一结果进行解释。最后,对全文进行了总结并对未来的研究做出展望。     

亮红外星系NGC 1614中多谱线示踪的致密分子气体

利用高空间分辨率的¹²CO(1-0)、¹³CO(1-0)、¹²CO(3-2)、¹²CO(6-5)、HCN(3-2)、\lk HCN(4-3)、 HCO⁺(3-2)和HCO⁺(4-3)分子谱线的ALMA (Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array)归档数据, 来研究近邻亮红外星系NGC 1614的分子气体性质, 尤其是致密分子气体的性质. 在高分辨率分子气体谱线的积分强度图中, 在星系中心区域($<$ 1kpc)可以看到环状结构, 分子气体主要分布于星系中心区域, 核区分子气体含量较少. ¹²CO(1-0)显示出向南部、 北部以及东南部的延展结构, 高阶的CO ($J \ge$ 3, J为转振能级量子数)分子谱线和致密分子HCN、HCO⁺谱线显示, 较致密的分子气体主要集中于星系中心区域. HCN(4-3)/¹²CO(1-0)和HCN⁺(4-3)/¹²CO(1-0)积分强度比值图显示, 致密分子气体主要集中于中心区域的环状结构上. HCN/HCO⁺强度比值的分布变化表明星暴环的不同区域可能具有不同的激发条件. HCN/HCO⁺(4-3)强度比值分布在环的东、西部(sim0.44 pm 0.04)高于环的南、北部(sim0.35 pm 0.03). HCN/HCO⁺(3-2)强度比值较高的区域(sim0.38 pm 0.04)分布在HCN(3-2)峰值位置, 而环的西北、东南部强度比值相对较低(sim0.3 pm 0.03). 对于中心不同区域 HCN/HCO⁺比值变化的原因进行了讨论.     

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。     

行星状星云的CO(1-0)谱线观测

用紫金山天文台青海站的１３７ｍ射电望远镜,对１０个行星状星云给出了新的ＣＯ（１－０）谱线观测结果．其中４个行星状星云：ＮＧＣ６４４５,Ｍ１５９,Ｍ４９和Ｍ２５１,已有过ＣＯ（２１）的观测,本文第一次给出了它们的ＣＯ（１０）的测量结果;对２个别人曾经观测过但未测到ＣＯ的行星状星云：Ｓｈ２７１和Ｍ４１８,本文第一次证认了它们的ＣＯ发射;对４个别人从未进行过ＣＯ搜寻的行星状星云：ＶＶ１８,Ｍ２５２,Ｈｅ２４５９和Ｋ３３１,本文第一次进行了观测,并得到了它们的ＣＯ（１０）谱．由ＣＯ的发射谱征可见,ＶＶ１８可能是一个误分类的行星状星云     

对59个北天EGO天体方向上的分子云~(12)COJ=2-1和J=3-2频谱观测研究

为了研究有大质量恒星形成的分子云与其它分子云之间的差异,对北天的59个作为大质量恒星形成区的Spitzer延展绿色天体(Extended Green Objects,简称EGOs)视线方向进行了分子云~(12)CO J=2-1和J=3-2频谱观测,并与文献中对同一批天体方向观测得到的~(12)CO J=1-0频谱数据合并进行分析.对与EGO天体成协的分子云(简称EGO分子云)和其它non-EGO分子云进行了CO多跃迁谱线强度和宽度的统计比较分析.在数据统计的基础上,讨论了这两类分子云的气体温度分布、密度分布、速度场分布对观测数据统计特征的影响.分析结果表明,直接决定是否有大质量恒星形成的关键因素可能并不是巨分子云的质量是否足够大,而是巨分子云的引力塌缩程度足否充分(即分子云团块的体积填充因子是否足够大).     

谱线形成深度的理论及其应用(Ⅰ):贡献函数和谱线形成深度

本系列文章中给出了谱线形成深度理论的发展特别是其最新进展，分别叙述了与此理论相联系的贡献函数和响应函数的演化过程，讨论了此理论的应用特别是用于太阳矢量磁场空间三维结构的推导．在这第一篇文章中，叙述了与贡献函数相夫的理论，指出了应用此理论的局限性，并讨论了唯一性问题．     

重构Ly-α线丛的功率谱约束对数正态(LN)模型参数

选择3个类星体Keck观测样本,使用Gauss化方法重构宇宙质量密度扰动场,并计算相应的小波功率谱．同时,设定对数正态(LN)模型中的形状因子Γ和平滑因子r为自由参数,并通过数值模拟生成模拟样本,与观测样本的统计结果做拟合,来确定Γ和r．结合观测的辐射流量功率谱和数值模拟的结果可以唯一确定Γ的值,最后得到Γ≈0．50,r≈0．0g．类星体的辐射流量是非Gauss的,使用传统的Gauss化方法无法消除非Gauss特征．但是观测样本和数值模拟样本的偏斜谱、峰度谱以及尺度-尺度相关等非Gauss特征的表征量在研究的尺度(>100kpc)上表现一致,这就支持了拟合的结果．     

切仑科夫铁Kα和Kβ发射线的强度比和本征红移比的计算及其在活动星系核中的可能应用

当具有各向同性速度分布的相对论电子穿过稠密气体区,或者轰击稠密气体区的表面时,切仑科夫效应将会产生一种特殊的原子或离子发射线,称做切仑科夫线状发射.这一预言在光学波段已由实验室的实验所证实.把线状发射理论推广到X射线波段,给出计算切仑科夫铁Kα和Kβ发射线的强度比和本征红移比的基本公式,列出了不同价次铁线的强度比和本征红移比.这一计算结果在活动星系核中有可能找到潜在的应用.最近观测发现源NGC3783,除存在着6.4 keV的铁Kα发射线,还存在着很强的7.0 keV的铁Kβ发射线,且两者等值宽度之比为EW_(Kα)/EW_(Kβ)≈3.43,这很难用传统的"光电吸收-莹光机制"来解释.切仑科夫线状发射机制可为解决这一困惑提供一条新途径.此外,期待切仑科夫铁Kα和Kβ线的本征红移比也会在以后的观测中能得到检验.假如切仑科夫线状辐射的设想得到观测的进一步支持,则对中央大质量黑洞周围物理环境的传统认识将有大的修改-活动更加剧烈,而且更加高能,其中气体也更加稠密.     

热亚矮星的研究进展

热亚矮星以其独特的性质受到人们日益关注.它们是年老椭圆星系中良好的紫外源,系统地研究热亚矮星的观测特征和形成机制可以帮助我们理解恒星演化、椭圆星系中"紫外超"现象的起源和球状星团的动力学演化.热亚矮星的形成模型主要包括单星模型和双星模型.双星模型包含三种渠道:公共包层抛射渠道、稳定的洛希瓣物质交流渠道和双氦白矮星并合渠道.该文系统地总结了热亚矮星的观测特征,并简要介绍了它们的形成机制.     

大质量恒星形成核区的特性：^12CO、^13CO和C^18O的谱线观测及统计比较

利用青海站的13.7米射电望远镜对河内24个与水脉泽源成协并有红外Spitzer数据的巨分子云核进行12CO(J=1→0),13CO(J=1→0)和C18O(J=1→0)的同时成图观测,平均的成图范围为81×81.并全部探测到了C18O的谱线发射,其中11个源有较大范围(51-81)的C18O成图,这些分子云核均观测到C18O(J=1→0)谱线积分强度极大值的一半处,其余的13个源由于信噪比低或者成图范围较大等原因,没有进行如此大面积的成图观测.对样本中的11个已成图的稠密核进行了云核特性的分析并统计比较了CO与13CO,13CO与C18O及CO与C18O谱线积分强度之比(R12/13,R12/13,R12/18),结果是,C18O是光学薄的,可以探测到云核更加细致的结构.从核中心到边缘,3种谱线积分强度比是逐渐增加的.CO与13CO的谱线积分强度比R12/13的范围在2-6之间;13CO与C18O的比值R13/18范围在4-20之间波动,中心区域其值大部分集中在6-12之间,变化范围波动不是很大;CO与C18O之比R12/18在13-90更大的范围内,在更加致密的云核中心该比值集中在13-50之间.