本星系群旋涡星系盘的化学演化及恒星形成历史的研究

银河系、M31和M33是本星系群仅有的3个旋涡星系.M31和银河系有类似的质量、光度和形态,而M33的重子物质质量仅约为银河系的1/10.从理论上对它们进行细致的比较研究,非常有利于进一步理解旋涡星系以及本星系群的形成和演化过程.本文以银河系化学演化模型为参照,通过建立非瞬时循环假设下的唯象内落模型,详细研究了这3个旋涡星系的恒星形成和化学演化历史.首先,我们把在银河系研究中十分成功的化学演化模型框架应用于M31盘的化学演化研究中,     

活动星系核的光学变化

活动星系核有两种主要的光变:不规则的闪耀和比较有规律的周期性光变,不规则光变的典型的时间尺度是10~4—10~5秒,周期性光变的典型的时间尺度是10~6—10~8秒。这篇综述主要讨论基于活动星系核黑洞吸积模型上的一些光变模型。这些讨论表明,活动星系核的短时标光变特征对厚吸积盘模型提供了强有力的支持。对时标较长的周期性光变,尽管现在已有不少模型(“亮斑”、薄盘的不稳定性、双稳定性、自引力吸积盘的脉动等等),但是所有这些模型都不够完善;当然也有些模型是很有希望的(如双稳定性)。     

观测结果对三成分多分量星系化学演化模型的约束

本文是在银河系化学演化的基础上,利用银河系的三成分(threezone)(即晕、厚盘和薄盘)多相(multi phase)(气体,分子云,大、小质量恒星以及剩余物质)的化学演化的理论模型,讨论了以下观测约束:1、质量面密度、恒星形成率,各分区质量比;2、场星的年龄-金属丰度关系;3、α元素化学演化;4、太阳附近G矮星金属丰度分布;5、三成分金属丰度特征量;6、超新星爆发率;7、内落速率。结果表明,三成分多分量模型能够较好地满足观测约束,比较真实地反映星系演化过程。可以用该模型计算元素的星系化学演化。     

观测结果对三成分多分量星系化学演化模型的约束

本文是在银河系化学演化的基础上，利用银河系的三成分(threezone)(即晕、厚盘和薄盘)多相(multi-phase)(气体，分子云，大、小质量恒星以及剩余物质)的化学演化的理论模型，讨论了以下观测约束：1、质量面密度、恒星形成率，各分区质量比；2、场星的年龄-金属丰度关系；3、α元素化学演化；4、太阳附近G矮星金属丰度分布；5、三成分金属丰度特征量；6、超新星爆发率；7、内落速率。结果表明，三成分多分量模型能够较好地满足观测约束，比较真实地反映星系演化过程。可以用该模型计算元素的星系化学演化。     

恒星形成星系主序关系的研究现状

观测发现,恒星形成星系(star-forming galaxies, SFGs)的恒星形成率(ψSFR)与恒星质量(M*)之间存在紧密的相关关系(即lgψSFR-lg M*,称为“主序关系”),弥散约为0.2～0.4 dex。主序关系对限制星系演化的理论模型具有重要的意义,是描述星系演化的基本关系之一。近年来,随着大型观测设备和数据处理技术飞速发展,星系形成和演化的理论模型也越来越完善,在此基础上,天文学家对于主序关系的研究取得了许多重要进展。首先介绍测量星系ψSFR的技术和挑选SFGs的方法,方便后续分析主序关系存在系统性偏差的原因。然后介绍主序关系最新的观测进展：主序关系在大质量端会“变平”,可能是由于星系/暗晕冷热吸积模式发生转换导致冷吸积减少;主序关系的弥散对恒星质量的依赖呈现U型,可能是由于小质量端的恒星反馈和大质量端的活动星系核反馈导致恒星质量相近的星系在恒星形成历史上具有多样性;理论与观测得到的主序关系零点在中高红移存在差异的问题依然存在较大争议。最后对主序关系的研究进行了总结和展望。     

晚型星系金属丰度与自转速度的关系

星系物质化学组成的研究不仅对于理解有关星系形成和演化的各种物理过程具有重要意义，而且还可以对星系形成和演化的各种理论模型提供重要的约束。随着观测技术及理论工作水平的不断提高，利用星系的大量观测资料来系统地研究星系化学组成与星系宏观性质之间的关系将成为可能。星系金属丰度与光度之间的强相关性以及晚型星系金属丰度与自转速度的关系即是其中最有意义的内容之一。全面回顾了星系金属丰度与星系宏观观测性质间关系的研究历史，重点评述了晚型星系金属丰度与自转速度关系的最新研究进展，详细讨论了目前对此类关系的物理解释及其对星系形成和演化模型的影响。     

银盘径向丰度梯度及冷气体的演化

为了理解银盘的径向丰度梯度形成机制及冷气体演化,构建了银盘化学演化模型.模型中采用了与分子氢相关的恒星形成律,分开计算了分子氢和原子氢的质量面密度演化,并将模型预言和观测到的各物理量径向轮廓进行了比较.结果表明,模型预言对所采用的内落时标非常敏感,采用与分子氢相关的恒星形成律的模型能够较好地符合银盘基本的观测特征,尤其是能够自然地得到银盘的径向氧丰度梯度和冷气体的径向面密度轮廓.采用瞬时或非瞬时循环假设对冷气体的演化影响不大,在气体密度较低的情况下更是如此.     

关于氘的原初丰度

本文用均匀的化学演化模型讨论了银河系中氘和氦３的丰度演化．发现当采用大质量恒星占比例较低的初始质量函数,并考虑到气体内落的影响,原初氘丰度ｙ２ｐ～（２－３）×１０－５,将能与太阳系附近的实测相洽．这结果大体与类星体吸收云中氘丰度实测的低值相一致,而吸收云中测得的氘丰度的高值却与星系化学演化模型不一致．此外讨论了这结果可能给大爆炸核合成理论的检验带来的问题．     

径移主导吸积盘的含时数值模拟

黑洞吸积被认为是活动星系核的能量来源,而研究黑洞吸积最主要的难题是要解释吸积气体的角动量是如何转移出去的.黑洞吸积盘理论提出通过粘滞力矩转移角动量.径移主导吸积盘模型(advection-dominated accretion flow,简称ADAF)是几何厚、光学薄的低吸积率吸积盘模型,它在解释低光度活动星系核的一些观测现象时获得了很大的成功.近年来,随着计算机技术的迅猛发展,数值模拟在天体物理研究中获得了广泛的应用,也取得了突破性的进展.主要工作是用数值模拟方法研究ADAF整体解作为初始条件模拟黑洞的吸积过程.     

太阳附近G矮星金属含量分布和化学演化

利用新的太阳附近２５ｐｃ内的Ｇ矮星金属含量分布函数，本在假定星系介质丰度非均匀情况下，讨论了四种化学演化模型的合理性，结果表明，简单模型和坍缩模型与实际情况相差较大，而ＰＩＥ模型和ＰＰＹ模型不仅对金属含量分布函数拟合较好，而且传统的Ｇ矮星问题也可以得到解释，这表明太阳附近可能受银晕影响较小。