“英澳望远镜”获得大奖

当我们提到研究级的天文望远镜时,脑海中首先冒出的就是哈勃空间望远镜、凯克望远镜、欧洲南方天文台的甚大望远镜VLT等等新一代巨无霸以及斯隆数字巡天、2MASS巡天等做出过重大发现的巡天项目。的确,这些威力巨大的观天巨眼在科学上的产出也是最多的。那么,接下来呢？就要数英澳望远镜了。     

划时代的斯隆数字巡天(二)——数据:与全球共同分享

高效率的数据处理、规范化的数据发布,使斯隆数字巡天所获得的海量数据得到了最为有效的利用,从而为产生丰富的科学成果奠定了基础。     

划时代的斯隆数字巡天(一)——目标:让宇宙现出原形

也许大家对斯隆数字巡天(SDSS)并不陌生,这是一个从科学理念、硬件设施到信息处理:数据发布等各方面都堪称世界一流的宏伟工程,它的所有数据都对外公开,任何人都可以从 www.sdss org 网站上下载。在过去的10年里,它所获得的海量高质量数据让全世界成千上万的天文工作者从中受益。截止2005年4月中旬,基于SDSS 巡天数据发表的研究论文已多达460篇,相当于15本天体物理学杂志(Astrophysical Journal)的内容总和。本刊特邀国家天文台崔辰州博士对 SDSS 的各个方面做了一个综述,将分三期登出,敬请留意。     

BATC大视场多色巡天的成果

天文学从本质上讲是一门以观测为基础的科学,其发展在很大程度上依赖于对尽可能多的样本进行尽可能多的观测为基础建立起来的统计规律。不夸张地说,天文学的发展史实际就是一部巡天史。所谓“巡天”,就是对特定的目标天区或全部可见天区进行有目的的仔细巡查。这个看上去笨拙朴素的方法,恰恰是人类与宇宙对话的最佳途径。从第谷的肉眼观天到赫歇尔开创恒星天文学,从皮亚齐发现第一颖小行星到汤博邂逅冥王星,从声名赫赫的SDSS（斯隆数字巡天）到正在实施的“盖娅”（Gaia）计划,尽管目标大小不同、手段有高下有别,但是这些名留青史的天文学家和项目组付出了巨大艰辛所做的,其实都是同一件事,就是翻来覆去地一遍遍对宇宙进行各种普查,而我们今天获得的几乎所有天文知识也正来源于这样的普查。     

“心事浩茫连广宇”——功勋卓著的大天区巡天

在天文学飞速发展的20世纪里,天文学家在每一个可能的电磁波段都进行了多次巡天。这些巡天引领了无数个激动人心的伟大发现,并为许多研究课题,例如描绘银河系结构乃至宇宙大尺度结构以及搜寻极端天体等等方面,提供了海量的基础性数据。本文是对各种巡天的综合“巡视”,对近年来比较著名的大天区巡天——2MASS、SDSS、2dfGRS、UKIDSS等进行了简单介绍,列举了它们作出的部分重要科学发现,并对未来的巡天工作进行了展望,希望能有助于大家更深入地认识巡天。     

DA白矮星的速度分布与质量的关系

白矮星是小质量与中等质量恒星演化的最终产物.在与白矮星有关的研究中,白矮星的质量是一个很重要的物理参数.对斯隆数字巡天(SDSS)中的DA白矮星样本进行了详细的、与速度分布相关的研究,希望从中寻找到速度分布与其质量的联系.根据白矮星的自行和光谱移动确定了每颗白矮星的切向速度和视向速度.白矮星速度随其质量的分布图支持单星演化形成的白矮星的质量越小其弥散速度就越大的结论.     

巡天项目中的白矮星搜寻

首先,描述了白矮星的颜色特点和光谱型分类。白矮星是大多数恒星的终极状态,它会随着时间的推移而逐渐冷却。根据表面大气成分,它被划分成DA和DB等不同的光谱型。对某一颗白矮星来说,其光谱型分类可能会随着时间的推移而发生变化,这主要是由于其大气包层中的元素含量被对流过程改变引起的。为了对各类光谱型有更深入的研究,样本的完备性不可或缺。得益于近十几年来大型巡天项目的开展(如斯隆数字巡天、郭守敬望远镜的光谱巡天等),目前通过光谱证认的白矮星已超过4×10~4颗,其中绝大多数是H主导的DA型白矮星,另外还包含2 000多颗He主导的DB白矮星。此外,GALEX项目和GAIA卫星分别提供了有价值的白矮星紫外数据、空间位置和速度等信息。这些数据和信息对于白矮星的研究工作起到了非常大的促进作用。随后,对白矮星的大气参数、质量和运动学等内容作了简单的总结。人们利用模板匹配测量了绝大多数已知白矮星的大气参数,并获得了DB型白矮星的有效温度与紫外颜色间的线性关系。基于斯隆数字巡天的光谱数据,白矮星的质量分布和质量-半径关系也得到了较深入的研究。小质量白矮星具有较大的速度弥散,而大质量的则相反。最后,讨论了白矮星的形成和演化机制,这些机制都是基于现有的理论模型得到的。随着巡天项目中白矮星样本的增加,现有的模型会逐渐被修正和完善,新的模型也将随之建立。     

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。     

射电宁静类星体紫外/光学光变的混合模型研究Ⅱ:来自SDSS DR7的的数据支持

到目前为止射电宁静类星体的光变起源还不清楚,其中一个可能的机制是吸积盘-再辐射模型。通过对斯隆数字巡天第7次释放数据(Sloan Digital Sky Survey data release 7, SDSS DR7)中789个经过多历元观测并且表现出变亮变蓝现象的射电宁静类星体进行分析,发现黑洞质量较小类星体的综合相对光变谱(残余谱/综合谱)的变亮变蓝幅度更大;其次,对于比较长的光变时标,尤其是在紫外波段,类星体变亮变蓝的幅度也更大。吸积盘-再辐射模型对以上两个主要结果中相对光变谱都拟合得很好,为该模型提供了进一步的支持。     

从ROSAT数据中寻找河内X射线暂现源

从ＲＯＳＡＴ巡天和定点观测结果的对比出发，发现了几个低银纬的巡天源表中的Ｘ射线源在定点观测中没有出现．本文计算了在这些位置的定点观测中出现点源的流强上限，发现比巡天源表中这些源的流强值低很多，这表明它们的流强变化很大，可能是Ｘ射线双星系统中的一类———Ｘ射线暂现源．     

一种低表面亮度星系的自动搜索算法newline--YOLOX-CS

低表面亮度星系(Low Surface Brightness Galaxy, LSBG)的特征对于理解星系整体特征非常重要, 通过现代的机器学习特别是深度学习算法来搜寻扩充低表面亮度星系样本具有重要意义. LSBG因特征不明显而难以用传统方法进行自动和准确辨别, 但深度学习确具有自动找出复杂且有效特征的优势, 针对此问题提出了一种可用于在大样本巡天观测项目中搜寻LSBG的算法---YOLOX-CS (You Only Look Once version X-CS). 首先通过实验对比5种经典目标检测算法并选择较优的YOLOX算法作为基础算法, 然后结合不同注意力机制和不同优化器, 构建了YOLOX-CS的框架结构. 数据集使用的是斯隆数字化巡天(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)中的图像, 其标签来自于$\alpha.40$-SDSS DR7 (40%中性氢苜蓿巡天与第7次数据发布的斯隆数字化巡天的交叉覆盖天区)巡天项目中的LSBG, 由于该数据集样本较少, 还采用了深度卷积生成对抗网络(Deep Convolutional Generative Adversarial Networks, DCGAN)模型扩充了实验测试数据. 通过与一系列目标检测算法对比后, YOLOX-CS在扩充前后两个数据集中搜索LSBG的召回率和AP (Average Precision)值都有较好的测试结果, 其在未扩充数据集的测试集中的召回率达到97.75%, AP值达到97.83%, 在DCGAN模型扩充的数据集中, 同样测试集下进行实验的召回率达到99.10%, AP值达到98.94%, 验证了该算法在LSBG搜索中具有优秀的性能. 最后, 将该算法应用到SDSS部分测光数据上, 搜寻得到了765个LSBG候选体.     

7个ROSAT源被证认为激变变星

1990年6月发射的ROSAT卫星完成了全天的X射线巡天观测,得到了包括18811个X射线源的ROSAT全天巡天亮源表（RASS－BSC）。通过对ROSAT亮X射线源不学对应体的证认,我们已经发现了7个激变变星,给出了这7个激变变星的低色散光谱,并根据它们的光谱特征及其它性质进行了讨论。     

宇宙信息

发现数十个"迷你星系" 英澳望远镜新近巡天时在近距天炉星系团里发现几十个以前非疑似微型星系。它们属于超致密矮星系。 弱相互作用大质量 粒子可能落向地球     

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.     

超星系团与“薄饼”假说

二维与三维星系巡天观测表明,存在着长纤维状超星系团和巨大的空洞。邻近超星系团的详细研究表明它们互相连通而形成巨大的网络。有效的定量识别图案的集团分析方法用于大天区三维巡天资料,使上述直观印象进一步得到了证实。星系分布的这些特征和它们的拓补结构,可以用绝热模型解释。更深度的巡天观测,多粒子数值模拟和进一步的理论研究正在进行中,会在不久的将来进一步揭示星系在大尺度上的分布特征。     

暗蓝星系计数与星暴矮星系统

本采用演化星族综合方法，讨论了在低红移因短时间星暴过程而变亮的矮星系统。指出，它们的存在能够与目前暗星系计数和红移巡天结果相容，作为一个附加的星系族，它们较易演化为低面光度的星系而在邻域中探测不到，因此是解释暗星系计数和红移巡天结果的适当候选天体，值得对它们作进一步的研究。     

暗蓝星系计数与星暴矮星系族

本文采用演化星族综合方法，讨论了在低红移因短时间星暴过程而变亮的矮星系族。指出，它们的存在能够与目前暗星系计数和红移巡天结果相容，作为一个附加的星系族，它们较易演化为低面光度的星系而在邻域中探测不到，因此是解释暗星系计数和红移巡天结果的适当候选天体，值得对它们作进一步的研究。     

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.     

一种面向FAST PB量级脉冲星数据处理加速方法及系统

500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, FAST)已投入科学运行,其中脉冲星漂移扫描巡天采集数据量已达数PB,预计每年至少新增5 PB。现有的数据处理软件如PRESTO,SIGPROC等无法满足PB量级数据的快速处理要求。提出了一种基于PRESTO的分布式并行计算方法,整合利用数据库技术和异地异构计算资源,构建了一套命名为Craber的计算加速系统,由FAST早期科学数据中心与国家天文台共同设计实现。启用Craber子网计算集群D中55个计算节点,应用澳大利亚帕克斯(Parkes)望远镜多波束巡天数据集和500 m口径球面射电望远镜漂移扫描数据验证了系统流程和搜索数据库。单个100 MB帕克斯巡天数据文件平均耗时36 s,单个128 MB 500 m口径球面射电望远镜巡天数据文件平均耗时22 s。该系统目前已实际参与数据处理并发现了数十颗脉冲星,有效帮助500 m口径球面射电望远镜加速数据处理和扩大新样本数量。     

暗能量构成热斑

天文学家通过探测暗能量对大爆炸余波留下的辐射的影响,发现了与宇宙的加速膨胀有关联的暗能量存在的新证据。 由匹兹堡大学Ryan Scranton领导的天文学家将宇航局Wilkinson微波各向异性探测器(WMAP)绘制的宇宙微波背景图与Sloan数字巡天绘制的星系图加以