分子云物理性质的研究

十余年来年轻的分子天文学带来一系列新发现,推动了银河系结构、星系化学史、恒星物质流失、分子云物理等课题研究的新进展。 本文在简介分子天文学之后,将集中对与恒星形成有关的分子云物理问题进行综述。 内容分为 一、分子天文学的研究对象 二、分子云物理参数的导出 三、分子云的观测 四、涉及恒星形成的分子云理论研究     

猎户座分子云团中弥散电离介质的视向速度及线强度比分布

恒星形成区是研究恒星形成物理过程最重要的天体物理实验室. 猎户座分子云团是研究各种质量恒星形成和相关年轻恒星性质的一个著名天区. 通过对恒星形成区的光学光谱分析, 可以获取其内部热电离气体的运动学和化学性质. 基于国家大科学装置郭守敬望远镜(LAMOST)的光谱观测数据, 从LAMOST I期光谱巡天数据中筛选出8个指向猎户座分子云团的观测面板, 获取了1300多条针对猎户座分子云团内弥散电离介质的有效光谱. 选取不受星际介质污染的背景天光光谱构建超级天光, 对这些光谱数据做减天光处理, 并进一步测量其发射线性质,包括Ha、N Ⅱ] λ 6584、[S Ⅱ]λλ 6717和6731等发射线的中心波长和积分流量等.最后给出猎户座分子云团内弥散电离介质的视向速度和线强度比分布情况.     

分子云磁场与尘埃导致的偏振

磁场对分子云及其中的恒星的形成和演化起到重要的作用.分子云磁场的探测方法主要是谱线塞曼效应、尘埃热辐射的偏振,以及谱线的线偏振观测.利用谱线的塞曼效应可以直接测量视线方向的磁场强度.尘埃热辐射偏振可以有效地示踪磁场方向在天球上的分布.分子云内部的磁场会受到不同物理过程的影响.高分辨率观测可以研究磁场扰动的细节,低分辨率观测可以得到分子云甚至银河系大尺度磁场的宏观信息.只有多波段的观测才能全面地认识分子云磁场与各种物理过程的联系.该文对分子云尘埃热辐射偏振的观测情况做了调研,总结了分子云大尺度磁场的研究现状和发展前景.     

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。     

星际E型CH3CN与H2的碰撞跃迁速率系数的理论计算

继本文作者对星际Ａ型ＣＨ３ＣＮ与Ｈ２含超精细能级的碰撞过程的研究之后，又计算了星际分子云条件下Ｅ型ＣＨ３ＣＮ与Ｈ２的碰撞跃迁速率系数。为研究分子云与恒星形成区的物理、化学性质提供了有用的基础分子数据。     

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。     

星际A型CH_3CH－H_2含超精细能级的碰撞跃迁速率系数的理论计算

本文作者利用ＩＯＳ近似模型，计算了星际分子云条件下Ａ型ＣＨ３ＣＮ－Ｈ２含超精细能级的碰撞跃迁速率系数。温度范围是２０Ｋ－１４０Ｋ。为研究分子云与恒星形成区的物理、化学性质提供了有用的基础分子数据。     

星际A型CH3CN—H2含超精细能级的碰撞跃迁速率系数的理论计算

本文作者利用ＩＯＳ近似模型，计算了星际分子云条件下Ａ型ＣＨ３ＣＮ－Ｈ２含超精细能级的碰撞跃迁速率系数，温度范围是２０Ｋ－１４０Ｋ，为研究分子云与恒星形成区的物理、化学性质提供了有用的基础分子数据。     

CO分子转动谱线的天体物理研究方法和近期进展

ＣＯ的射电转动谱线揭示了光学不可见的冷宇宙、银河系最大天体－巨分子云和恒星形成过程中的一个普遍存在的重要的相－双极外流。ＣＯ在６７～１８６ｕｍ波段的转动谱线是探测动能温度数百度以上的热天体（诸如富碳、富氧演化星包层,行星状星云、年轻星和恒星形成区复合体）物理条件的重要探针。对ＣＯ分子转动谱线的天体物理研究方法和在该领域的近期进展作了简单的评述。     

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).     

大质量恒星形成:外向流和绿色延展天体

恒星作为宇宙的基础组成元素,其形成过程一直是天文学中的重要研究对象。人们已基本了解中小质量恒星(质量小于8M⊙)的形成和演化过程;受到数量少、嵌埋深、演化快和反馈剧烈等因素的影响,大质量恒星(质量大于8M⊙)的形成过程依然谜团重重。介绍了小质量恒星形成的基本理论,以及吸积盘、竞争吸积、并合三种主流的大质量恒星形成模型;回顾了以往使用红外或射电望远镜对大质量恒星形成区的观测和分析,以及现阶段使用多波段巡天观测手段对大质量恒星形成区的研究成果;着重介绍了目前公认的大质量恒星形成的示踪物——分子外向流的理论和观测现状,以及大质量外向流的优秀候选体——绿色延展天体的发现、理论及观测研究情况。最后,对大质量恒星形成的理论和观测研究进行了总结和展望。     

年轻星天体的质量

质量是恒星最基本、最重要的物理量之一,它在恒星形成和演化过程中起着至关重要的作用.年轻星天体的形成机制以及早期演化过程是彻底解决恒星形成问题的关键所在,而年轻星天体形成过程中的物质下落、质量吸积以及外流等物理过程都与年轻星天体的质量密切相关.该文介绍了确定年轻星天体质量的一些常用方法,包括利用开普勒定律的动力学方法、赫罗图方法、年轻星天体脉动方法和磁层吸积方法等.并对这些方法的适用范围及测量精度进行了评述,还综述了各种方法的研究进展及未来可能的发展.     

恒星形成的辐射流体(磁流体)数值模拟研究进展

恒星是宇宙中最重要的天体之一,恒星形成是天体物理学研究的重要课题。天文学家正致力于理解与恒星形成相关的一系列问题,如:大质量恒星和星团是如何形成的?什么样的物理过程决定了恒星形成区域的物理性质?初始质量函数由什么确定?恒星形成率由什么决定?近年来,恒星形成的数值模拟研究不断发展。主要介绍了辐射流体(磁流体)的数值研究在原恒星核坍缩、大质量恒星形成、星云破碎和坍缩、星团形成和初始质量函数等方面的模拟研究进展。     

恒星绝热物质损失模型

双星间的快速物质交换是一个非常复杂的过程,它涉及到双星演化的两个基本问题:物质交换的动力学不稳定性和公共包层的形成和演化.这两个问题是双星演化中最不清楚的两个基本问题.本论文通过建立相互作用双星之间的快速(绝热)物质损失模型,研究双星演化中物质交换的不稳定性判据和对公共包层的演化结局作出理论限制.利用恒星绝热物质损失模型得到的结果,还有很多潜在应用.比如,促进含双星的大样本恒星演化研究,改进演化星族合成方法等.恒星绝热物质损失模型的建立,基于主星在快速物质损失过程中,恒星内部的热量来不及交换,     

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。     

星系中原子和分子气体的半解析模型

星际气体是星系中重子物质的重要组成部分,其中的分子气体（主要是分子氢H₂）以及原子气体（主要是中性氢HI）对于星系中发生的各个物理过程至关重要。本文在前人的星系形成和演化的半解析模型基础上,加入了描述星系盘中分子气体和原子气体成分的物理模型,来研究分子气体和原子气体对于星系形成和演化所起的作用。我们主要使用了马普天体物理所Munich Group的L-Galaxies半解析星系形成模型,并借鉴了星系化学演化模型的方法,把半解析模型中的每一个星系盘分成了多个同心圆圈,然后在每个圈中分别追踪气体下落、分子气体和原子气体转化、恒星形成、金属增丰、超新星爆发加热冷气体等发生在星系盘上的物理过程,并且每个同心圈都是独立演化的。在我们的模型中,一个基本假设是每个时间步内气体都是以指数形式下落到星系盘上,并且直接叠加在已有的气体径向面密度轮廓之上,其中指数盘的标长r_d正比于星系所在暗物质晕的维里半径r_vir与旋转参量λ的乘积。我们的模型使用了两种描述分子气体形成的模型:一种是基于Krumholz等人解析模型的结果,其中分子气体的比例与局域气体面密度以及局域气体金属丰度相关;另一种是分子气体比例与星际压强相关的模型,根据Obreschkow等人的近似,分子气体的比例与气体面密度以及恒星质量面密度相关。由于恒星形成过程发生在星际巨分子云之中,并且根据Leroy等人的观测结果,恒星形成率面密度近似正比于分子气体的面密度,因此我们在模型中使用了与分子气体面密度相关的恒星形成规律。     

巨分子云的寿命

巨分子云的碰撞造成了大质量恒星在碰撞分子云中的形成,这些大质量恒星的形成产生了膨胀的HII区域,从而使巨分于云碎裂成小质量的分子云。这是本文提出的巨分子云碎裂机制。因此巨分子云的寿命也主要由区分子云间的碰撞几率所决定。我们的分析表明,巨分子云的寿命有赖于巨分子云所在的旋涡星系中的不同位置。寿命的最大可能存在区间为8.18×10~7yr与2.45×10~8yr。利用我们提出的机制可以在分子云研究的数值计算与数值模拟中得到应用。     

近红外偏振观测在恒星形成研究中的应用

近红外偏振是研究恒星形成的有效工具.该文介绍了近红外偏振器的工作原理,然后分几个方面介绍了近红外偏振在恒星形成研究中的应用.红外反射云能很好地示踪年轻星天体及分子外流,通过分析偏振矢量的方法确定红外反射云的偏振对称中心,从而确定它的照亮源;偏振波长相关曲线包含了年轻星天体的星周物质的很多信息;年轻星的分子外流导致了红外反射云的形成,因此红外反射云的照亮源通常与年轻星天体成协,并是分子外流的驱动源;一些年轻星天体埋藏得很深,一般在近红外波段无法直接探测到,人们称之为深埋源,通过分析偏振矢量的方法可以找到深埋源;一般认为比较年轻的年轻星天体都是有尘埃盘的,尘埃盘的存在会导致它的偏振形态出现偏振盘,偏振盘町以用来研究尘埃盘;恒星形成区里成员星的偏振主要是由尘埃的二色性消光产生的,这样偏振方向会平行于致使尘埃排列的磁场的方向,从而能够揭示磁场的结构.最后进行了总结,并论述了中远红外偏振研究的优势和意义.     

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。     

恒星物质的不透明度

简介介绍了恒星物质的透明性质在恒星结构、演化、振动等许多恒星物理基本问题研究中的重要性和决定恒星物质不透明度的物理过程,回顾了第一代不透明度数据ＬＡＯＬ的发展历程与存在的问题,介绍了新一代不透明度数据ＯＰＡＬ的发展和目前观测与理论之间依然不一致的地方。