星暴星系：研究进展和热点问题

星暴星系是一类内部正在发生极为剧烈恒星形成的天体。介绍了星暴星系的研究历史及星暴星系的定义。综述了从射电波段到Ｘ射线波段星暴星系的光度光谱观察特征及其研究的最新进展。列出了星暴星系研究中存在的一些热点问题,包括星暴的触发机制,星暴时标,星族组分,恒星形成率,内红化以及星暴星系与活动星系核之间的关系等。最后,简述了可能有助于解决这些问题的观测手和理论方法。     

高红移亚毫米星系中星际介质的物理状态

<正>随着亚毫米波望远镜的发展,利用这些新的探测设备,人们在亚毫米波段发现了一类高红移且富含尘埃的星系,将其称为亚毫米星系.这类星系的发现革新了我们对星系的演化以及极端条件下的恒星形成过程的认知.这些亚毫米星系是宇宙中最强的星暴星系,其中的恒星形成过程产生的能量接近爱丁顿极限.人们普遍认为这类星系正是近邻宇宙中那些大质量星系的前身天体.但是,很难解释其在高红移为何具有较高的数密度.它们其中非常少的一部分会被处于视线方向上的大质量星系通过引     

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.     

E+A星系的研究进展

E+A星系的光谱具有很强的巴耳末吸收线,缺乏与恒星形成相关的发射线,将典型的椭圆星系(E)和A型恒星的光谱进行线性组合就能够拟合出这类星系的光谱.它们的颜色、形态、星族年龄等参数介于典型的早型和晚型星系之间.E+A星系近期经历了星暴活动,在星系演化进程中,它们处于晚型到早型的过渡阶段,可能在演变过程中扮演着重要角色.介...     

球状星团的金属丰度特征与其恒星形成史

本文根据球状星团所特有的金属丰度特征,利用星族综合方法,探讨了球状星团诸恒星的形成史。研究表明,这些恒星不可能通过恒星形成率和初始质量函数均不随时间变化的单一恒星形成模式产生。原初云通过恒星演化而得到金属丰度污染的过程和多数恒星的形成过程必须分为两个不同的阶段。 球状星团得到金属丰度污染的过程中,若恒星形成具有通常的初始质量函数,则其恒星形成率必须较低,且初始质量函数不能太陡,从而使污染过程中只形成数量较少的低质量恒星,以保证单个球状星团内金属丰度的均匀性。另一种可能性是污染阶段有非常特殊的初始质量函数,只形成大质量的恒星,从而除提供适量污染外不留下任何痕迹。 多数恒星应是在原初云不同部位得到适当污染后通过局域的短暂的爆发性恒星形成(星暴过程)产生。本文进一步探讨了在Fan和Rees球状星团形成模型的框架下,两相介质中温云块相互碰撞造成星暴过程的可能性。     

宇宙画廊

神奇高速公路这幅特别的影像,展示的是一个星系周围的磁场。独特细长的外观(影像中的白色部分)使这个星系有了个形象的名称:雪茄星系,它的梅西叶编号是M82。从地球上看,雪茄星系位于大熊座天区,距离我们约1200万光年远。雪茄星系是非常典型的星暴星系,内部正以惊人的速度不断形成大量新生恒星。其内部产星如此迅猛,甚至形成了超级星风,向外喷射出炽热的气体(红色部分)和尘埃(黄色与橙色部分)。     

恒星形成星系主序关系的研究进展

恒星形成星系的恒星形成率与其恒星质量的相关关系被称为恒星形成星系主序关系,是描述星系演化的基本关系之一。准确测定不同红移处主序关系的斜率、弥散和零点能够对理解星系恒星形成活动的演化及其物理过程提供关键的观测限制。已有的研究揭示,恒星形成星系的整体恒星形成率从z■2到z■0下降为原值的1/30,气体消耗时标却由5亿年增至15亿年;主序关系的斜率在大质量和小质量星系段有变化,反映出决定恒星形成活动的物理过程有系统差别;而星系可能经历多个阵发性的恒星形成爆发活动,有助于更好地解释主序关系的弥散。随着观测能力的提升,对高红移宇宙(z■1~3)的恒星形成星系的研究也更加深入。恒星形成星系主序关系的特征随红移的变化规律为理解星系演化提供关键的观测约束。     

宇宙信息

综合由欧洲南方天文台负责运营的12米阿塔卡玛探路者实验望远镜、甚大望远镜和美国宇航局斯皮策空间望远镜的观测结果,天文学家们探究了遥远的明亮星系是如何聚集成群或成团的。遥远星系的暗物质晕越大,它们聚集得就会越紧密。这一结果是对此类星系成团性迄今最精确的测量。这些星系距离我们极为遥远,它们所发出的光要花100亿年的时间才能抵达我们,因此我们看到的是大约100亿年前的景象。在早期宇宙中,这些星系正在经历已知最为剧烈的恒星形成过程,被称为星暴。     

在最亮的星系中发现黑洞

通常认为,特大质量黑洞限于有核球的星系。然而,这一假设受到新观测的质疑。观测证明NGC4395中存在着一个特大质量黑洞,而这个星系没有中心核球,是一个“纯盘状”星系。用莫纳克亚山上的10米望远镜凯克1和日本一美国的ASCA卫星,加州大学的Alex和华盛顿卡耐基研究所的Luis Ho通过测量星系中心恒星的平均轨道速度得出黑洞质量。     

具有后星暴活动的类星体

利用星族合成和合成谱能量分布的方法,对10颗新的红移在0.3附近的后星暴类星体的宿主星系的星族年龄、黑洞质量以及爱丁顿比率的研究表明:这些后星暴类星体的黑洞质量约108M⊙,热光度为爱丁顿光度的百分之几,宿主星系的年龄介于几百Myr到几Gyr之间.这一结果表明在并合触发的星暴活动和类星体被触发(或光学可见)之间存在着时间延迟.后星暴类星体的合成谱能量分布显示其和极亮红外星系的联系密切,推算出的红外光度也已经达到了亮红外星系的级别,暗示这些光学光谱选择的类星体很有可能处于极亮红外星系向光学类星体演化的过程中.     

大质量恒星演化的若干问题(英文)

大质量恒星由于其高光度、短寿命和质量损失 ,对星系的积分光谱能量分布和重元素增丰起主导作用 ,从而在研究星系的形成和演化上具有特殊的意义。特别是随着天文设备的长足进展 ,我们可以回溯宇宙演化的历史 ,得到形成初期时星系的观测性质。那时 ,大质量恒星主导星系的辐射性质 ,这更加突出了对大质量恒星进一步了解的迫切性。但是大质量恒星的演化性质相对中小质量恒星而言 ,有很多不确定性。本文通过对比现有恒星模型与实测结果 ,对现有大质量恒星演化理论中存在的几个与对流和质量损失相关的问题进行了评述 ,并对从理论上 ,特别是通过数字模拟方法对这些问题进行诊断提出了展望。     

Seyfert 2型星系中的星暴活动

星暴和活动星系核之间的联系是活动星系研究领域最重要、最活跃的研究课题之一。Seyfert星系由于距离较近、数目较多和相对低的核活动,已成为研究星暴和活动星系核之间联系的理想天体。综述了活动星系核中存在星暴的观测证据和Seyflert2型星系核区星暴活动的最新研究结果,着重讨论了存在两类Seyflert2型星系(一类是被遮挡的Seyfert1型星系,另一类是“真正”的Seyfert2型星系即不存在宽线区的Seyfert2型星系)的可能性．通过比较具有和不具有偏振宽线的Seyflert2型星系在红外、射电、光学和X射线光谱性质的差别,发现具有偏振宽线的Seyfert2型星系在本质上和Seyflert1型星系是同一类天体,差别只在于观测者视线方向的不同;而不具有偏振宽线的Seyfert2型星系是一些星系核活动较弱而星暴活动占主导的天体,这些星系从射电、红外、光学到硬X射线,都具有和星暴星系相似的性质。由于这些星系中核的吸积率将比Seyflert1型星系低近两个量级,因而它们很有可能是一些没有宽发射线区的Seyfert2型星系,即所谓的“真正”Seyflert2型星系。     

高红移恒星形成星系的研究

<正>星系是组成宇宙的基石,其形成与演化是天体物理研究的重要内容.星系中的恒星形成活动是星系成长和演化的主要驱动力之一.已有的星系巡天给出比较一致的宇宙恒星形成历史:宇宙的恒星形成密度从高红移一直增加到红移z~2,随后按指数率下降直到z=0.系统地研究宇宙恒星形成峰值时期恒星形成星系的性质对我们理解并限制星系形成与演化的理论模型至关重要.     

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.     

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.     

棒对星系核区恒星形成活动的影响

利用SDSS光谱,研究了IRAS卫星亮红外源星表中的盘状星系中的恒星形成性质,并着重探讨了棒对星系核区恒星形成活动的影响.利用星族合成的方法得到了每个样本星系核区的恒星组成性质、恒星形成活动的强度等信息,并比较了星系整体和核区恒星形成性质的差异.得到的结论:除去相互作用,样本中的棒星系显示出比非棒旋星系更强的核区恒星形成活动和更多的年轻星族成分.     

近邻星系恒星形成区光谱观测研究

近年来随着国际8~10 m口径望远镜数目的不断增加,4 m及以下口径望远镜已成为中小型望远镜.如何利用中、小口径望远镜做出有影响的科学成果,须做到"有所为,有所不为".为此,自2013年开始针对国家天文台2.16 m望远镜推出了重点课题支持计划.介绍的"近邻星系恒星形成区光谱观测研究"为2.16 m望远镜支持的3个重点课题之一.它将利用2.16 m望远镜3 yr、每年30个暗夜或灰夜的观测时间,开展20个近邻、大星系中多个恒星形成区、平行星系主轴方向和垂直主轴方向的光谱观测,获得一个有显示度的、科学意义重要的近邻星系恒星形成区和径向分布的光谱样本.同时该课题还利用6.5 m多镜面望远镜(MMT)的观测时间,开展近邻、特大星系的恒星形成区的光谱观测.利用2.16 m望远镜和MMT望远镜观测得到的星系不同区域的光谱数据,结合已有的紫外、光学、红外波段宽带滤光片数据和BATC(Beijing-Arizona-Taiwan-Connecticut)15个中带滤光片数据,可开展星系尘埃消光、恒星形成率、金属丰度和星族特性二维分布等方面的研究;开展星系二维特性和星系形态、星系环境关系的研究.将介绍这个重点课题的科学意义、星系样本的选取、光谱观测策略和星系NGC 2403的光谱观测和初步研究结果.     

红移z≈2极亮红外星系的研究进展

极亮红外星系(ULIRGs)是指红外(IR,8~1000μm)光度L_(IR)10~(12)L_⊙的一类星系。研究表明,红移z≈2处极亮红外星系是大质量(M_*10~(11)M_⊙)、富尘埃和强恒星形成(大于100 M_⊙·a~(-1))的特殊星系。极亮红外星系可分成活动星系核起主导作用的源和恒星形成占主导的星系。恒星形成主导的源,中红外光谱有明显的多环芳香烃辐射;而活动星系核主导的星系,光谱呈现出幂律形式并有很强的硅线吸收。极亮红外星系的静止光学波段形态存在多样化,既有并合结构特征,又有椭圆形态。这类星系很可能是近邻大质量宁静星系的前身星系。介绍了红移z=2附近极亮红外星系的各种物理性质的研究进展,如形态和结构、光谱特征、成团性、尘埃分布和形成机制等,以及阐述了该领域未来的研究方向。     

红移z≈1极红天体的研究进展

极红天体(EROs)是指利用光学和近红外两个波段的色指数(如I-K4 mag)挑选出来的一类星系。研究表明极红天体可分为两类:一类是被大量尘埃红化的高红移恒星形成星系,主要是较年轻的旋涡或不规则星系,有恒星正在形成,称为DGs;另一类是由年老星族(≥1 Ga)主导的高红移椭圆星系,基本上没有或仅有弱的恒星形成,简称为OGs。极红天体中这两种不同类型的星系,很可能是近邻大质量星系的前身星系,只是分别代表着不同的形成历史。介绍了不同类型极红天体的各种物理性质的研究进展,如形态和结构、光谱特征、成团性、红移分布和星系计数等,以及阐述了该领域未来的研究方向。