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.     

CANDELS场中高红移大质量星系的形态结构性质

基于CANDELS(Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey)5个深场巡天的多波段测光数据和HST WFC3(Hubble Space Telescope Wide Field Camera 3)近红外(F125W和F160W)高分辨率观测图像,利用质量限(恒星质量M_*10~(10)M_⊙)选取了8002个红移分布在1z3范围内的星系样本,并对这些大质量星系的形态和结构性质进行了定量分析研究.通过星系形态的神经网络分类方法(Conv Nets),将样本中的星系划分为4类:椭球星系(SPHeroids,SPH)、早型盘星系(Early-Type Disks,ETD)、晚型盘星系(Late-Type Disks,LTD)和不规则星系(IRRegulars,IRR).结果发现星系的形态和结构随红移发生演化,在高红移宇宙星系主要表现出不规则形态,但到低红移处椭球和盘主导的哈勃星系形态序列已经形成.在相同红移区间内,不同类型星系的物理尺寸(r_e)中值从大到小的排序是IRR、LTD、ETD和SPH,而对应的Sersic指数(n)中值大小排序却相反.另外,不同类型星系的re与红移之间存在明显的演化关系,但这样的现象在平均轴比(b/a)和Sersic指数与红移的关系中并没有被发现.     

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。     

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。     

星系的质量和角动量的分析

本工作对213个星系的质量和角动量值进行了分析。175个质量值是射电方法得出的,其余38个由光学方法得出。由星系的极大自转速度V_m及其相应处的半径r_m 计算了183个盘星系的角动量J,得到了关系式J∝M~(1.66)。本文按质量值把星系分为超巨系(5×10~(11)—10~(13)M_⊙、巨系(10~(10)—5×10~(10)M_⊙)、中系(10~3—10(10)M_⊙和矮系(10~3—10~3M_⊙)。E型星系的质量范围最大,其中矮系和超巨系都最多。S型星系超巨系很少,矮系也没有。对此,本文进行了讨论。从S0到S系的各个次型到Ir型星系,星系质量M、角动量J和角动量密度j的平均值都是先增加到Sb型达极大值,然后减少。以M~(7/4)除J,以消除M的影响,剩余角动量J/M~(7/4)也不随类型变晚而增大。但SB系的J/M~(7/4)值却比SA系大,表示角动量大的星系较可能成为棒旋星系。 r_m处单位质量的惯性离心力k-V_m~2/r_m的平均值也是Sb处极大,Sb以后减小。本工作为进一步研究星系形态分类的演化意义提供了资料。     

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。     

星系金属丰度的研究进展(Ⅱ):光度-金属丰度关系

金属丰度与星系光度是星系的重要特征参量,研究它们之间的关系有助于理解星系中恒星质量与金属成分的累积过程。评述了星系的光度-金属丰度关系的最新研究进展,包括对近邻星系、中等红移星系(0．42)的研究结果．由于观测样本跨越较宽的宇宙学时标,可以由此来探讨这一关系的演化过程,从而帮助理解星系演化的整体图景。     

COSMOS场中高红移大质量星系的形态分类研究

基于COSMOS(Cosmic Evolution Survey)天区的多波段测光数据和HST(Hubble Space Telescope)近红外高分辨率观测图像,利用质量限(恒星质量M*≥1010.5M⊙)选取了362个红移分布在1≤z≤3的星系样本,并对这些大质量星系的形态特征进行了分类研究.来自UVJ(U-V和V-J)双色图分类系统、目视分类系统、非模型化分类系统(基尼系数G和矩指数M20)和模型化分类系统(S′ersic index,n)的分类结果彼此相一致.相比较于恒星形成星系(SFGs),通过UVJ双色图定义的宁静星系(QGs)表现出致密的椭圆结构,而且G和n值偏大,但M20和星系有效半径(re)偏小.不同星系分类系统(双色图分类系统、非模型化分类系统和模型化分类系统)定义的SFGs和QGs样本,都明显存在星系的大小随红移的演化关系,这种演化趋势QGs比SFGs更剧烈,而且不依赖于星系分类方法的选择.     

高红移大质量星系的形成与演化

星系形成及演化一直是天体物理研究中最重要的领域之一.近10 yr来星系形成及演化的研究取得了突破性进展,主要包括:(1)近邻星系在颜色-星等图上呈现双峰分布,早型星系普遍颜色较红,而晚型星系颜色偏蓝;并且近邻宇宙红星系的总质量相对于红移z=1时至少增长了1倍,意味着存在蓝星系到红星系的转化过程.这一转化过程是如何发生的成为现代星系形成演化领域最重要的问题之一;(2)星系中心超大质量黑洞质量跟核球质量有很强的相关,意味着黑洞演化跟星系演化有着紧密的关系.黑洞的活动(活动星系核)如何影响星系演化也成为了亟待解决的问题之一.然而近邻宇宙中的大质量星系基本都已停止了剧烈的恒星形成活动和黑洞活动,因此,要回答这些问题,我们需要仔细研究宇宙早期红移在z≈2的星系性质.在这一红移处,星系中的恒星形成和黑洞增长均处于高峰期.     

环星系的有效半径与红外总光度的相关性关系

用一个完备的带环星系样本以及它们的J,H,Ks三个波段的2MASS数据,采用考虑了多项因素的线性模型,研究带内环、外环以及伪内环这三类带环星系的共振环物理直径（D）与星系有效半径（R_e）之间的统计关系。其结果为:在带内环星系中,R_eαD^0.76±0.07;在带外环星系中,R_eαD^0.60±0.08;在伪内环星系中有R_eαD^0.75±0.08。将其与Wu在2008年得到的带环星系的星系近红外总光度(L_NIR)与D的统计关系(L_NIRαD^1.2)结合,得到带环星系L_NIR与R_e的系统关系,即L_NIRαR_e^β,对带内环、外环和伪内环的星系,β分别为1.58±0.15、2.00±0.27和1.60±0.17。这些推论和我们的直接测量结果大致相符。考虑到星系R_e与星系盘尺度（h_d）之间接近线性关系,以上结果较直接地检验了Wu在2008年得到的关于h_d与D的相关性结果,这也说明典型的带环星系的盘成分在总的动力学质量中的比例分布和盘早期温度仅有较小的系统变化。与其它关于星系的光度和尺度的经验统计关系相结合,这些结果提示带环星系的红外光度与盘尺度有与一般星系中的盘相近的统计关系。     

早型星系的恒星形成活动演化研究

从观测上测定早型星系中恒星形成活动随红移的演化有助于理解这类星系的形成演化.结合GEMS（Galaxy Evolution from Morphology and SEDs）巡天的HST/ACS（Hubble Space Telescope/Advanced Camera for Surveys）高分辨图像和CDFS（ChandraDeep Field South）天区Spitzer、GALEX（Galaxy Evolution Explorer）等多波段数据,基于形态、颜色和恒星质量选出一个0.2≤z≤1.0红移范围的包含456个早型星系的完备样本.利用stacking技术测量了样本星系紫外与红外平均光度,估计早型星系的恒星形成率.结果显示,早型星系中的恒星形成率较低(<3 M_⊙·yr^-1),随红移递减而降低.在红移z=1以来的恒星形成贡献的质量小于15%.星族分析亦肯定大质量早型星系的主体星族形成于宇宙早期（z>2）.     

星系团Abell 85的光度函数

基于NASA/IPAC河外星系数据库(NASA/IPAC Extragalactic Database,NED)和Sloan数字巡天(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)第8次释放的数据(The Eighth Data Release,DR8),对星系团Abell 85(以下简称A85)的2倍动力学特征半径2r_(200)内的光度函数(Luminosity Function,LF)进行了研究.研究表明,A85的光度函数在Sloan巡天5个波段用Schechter函数均能拟合得很好.在u、g和z波段光度函数都显示出1个下凹.早型星系r波段的两个最佳拟合参数(r波段特征绝对星等和暗端的陡度)分别为M_r~*=-21.14_(-0.17)~(+0.17)mag,α=-0.83_(-0.14)~(+0.12),晚型星系为M_r~*=-21.98_(-0.98)~(+0.84)mag,α=-1.5_(-0.35)~(+0.24).早型星系的特征星等暗于晚型星系,而暗端比晚型星系要平坦得多.早型星系的光度函数在-20.5~-20.0 mag下凹.将1.5r_(200)范围内的星系按距离团中心的远近划分为3个环状区域,发现距离团中心越近,光度函数的暗端越陡,特征星等越亮.     

Ⅰ型塞佛特星系核的光度和质量

利用50个Ⅰ型Seyfert星系的L(H_β)、H_β谱线的零强度宽(FWZI),以及假设吸积物质流模型,求出它们核的质量、热光度和临界光度(Eddington 光度)。发现这样会构成低红移QSO-Ⅰ型Seyfert-Ⅱ型Seyfert的星系核质量分布的序列(图1),Ⅰ型和Ⅱ型Seyfert星系的热光度与临界光度的比值的直方图,也有一个较大的重叠(图2)。再用讫今有的38个Ⅰ型Seyfert星系的X射线光度资料进行统计分析,得到 L_(x(2-10keV))∝M,L_(x(2-10keV))∝(FWZI)~2,利用球吸积模型对结果进行简单的讨论。     

棒对旋涡星系中央恒星形成的作用

使用了目前最大的棒旋星系样本之一,着重于研究旋涡星系中央的比恒星形成率(sSFR)和棒结构的关系。我们用1g sSFR=-11 a~(-1)作为星系宁静态和活跃态的分界,统计对比了棒旋星系和非棒旋星系中央的sSFR,发现相对于非棒旋星系,棒旋星系处于中央宁静态的比重更大,而在中央活跃态其恒星形成活动更剧烈。为消除星系样本恒星质量差异对星系中央sSFR统计结果的影响,获得控制样本,使棒旋星系和非棒旋星系具有相同的恒星质量分布。随后发现这两类星系在中央宁静态中的统计差异消失,而在中央活跃态棒旋星系的恒星形成活动依旧相对剧烈,尤其体现在长棒星系中。这说明棒结构对旋涡星系中央的恒星形成起到促进作用,且作用效果与棒的长短相关。     

黑洞天体活动的基本面研究

活动星系核(中心黑洞质量MBH^10^6-10^10M⊙)和黑洞X射线双星(MBH^10M⊙)普遍被认为具有相似的中心引擎:黑洞、吸积盘和喷流.类似的中心引擎、质量相却差如此之大(6{9个数量级)的两类黑洞系统是否具有相似的物理仍不清楚.本文围绕不同尺度黑洞天体的物理性质和观测特性展开,主要研究了不同尺度黑洞天体活动的基本面关系以及黑洞X射线双星的能谱演化.     

卫星星系的数目与中央星系性质关系的研究

卫星星系是研究星系形成的有力探针.近期的研究指出,中央星系是椭圆星系时,其卫星星系数目比旋涡星系多.为了探究这种差异,采用了新一代流体动力学模型(The Next Generation Illustris Simulations,简称TNG模拟)中TNG300-1的数据,选择了恒星质量范围为1010M⊙·h-1Mc1012M⊙·h-1的中央星系,同时根据星系的核球质量与星系的恒星质量的比值(B/T)将这个范围的中央星系划分为旋涡星系和椭圆星系.使用统计学的方法进行分析后发现:当控制暗晕质量分布,使得不同形态的中央星系所处的暗晕的质量分布完全相同时,卫星星系分布存在新的差异,即旋涡星系的卫星星系数目更多.这一结论和观测结果相反,产生这一差异的主要原因是:旋涡星系的卫星星系包含更多的冷气体,使得旋涡星系的卫星星系恒星形成效率更高.     

高红移低光度活动星系核的研究进展

低光度活动星系核(Low-Luminosity AGN,简称为LLAGN)指比斯隆数字化巡天第三期SDSS-III/BOSS类星体(quasar,QSO)暗大约1~2 mag的活动星系核,如g波段探测极限达到23~24 AB mag,约对应M_g[z=3]≈-24~-23 mag。现有的高红移巡天中包含的LLAGN样本还比较有限。从测光巡天和光谱巡天两方面总结已经开展的包含高红移(z≈3)LLAGN样本的深场星系巡天项目,并简单介绍一个刚刚开展的HETDEX巡天项目(该巡天项目将观测到约10~4个I型LLAGN,其z≈3,g24 mag)。从光度函数、成团性以及爱丁顿吸积率等方面对目前高红移LLAGN的研究进行了总结。由于高红移AGN成团性的研究较为有限,为了更好地解释成团性研究的科学意义,也对低红移AGN在成团性方面的研究进行了介绍。     

宇宙信息

一个国际天文学家小组最近研究揭示了一个上千个太阳质量的黑洞在近距星暴星系M82内的形成过程。 钱德拉X射线天文台的观测表明位于星暴星系M82里的星团MGG11中存在一个异常的亮源。这个X射线源的特性只能由一个大约一千个太阳质量的黑洞来解释,这一黑洞的质量居银河系比较小的(恒星质量)黑洞和在星系核里发现的特大质量黑洞之间。恒星质量黑洞仅比太阳的质量大几倍,而银河系中心的黑洞比太阳的质量大几百万倍。     

星系团Abell 2199的恒星形成性质

通过对近邻星系团Abell 2199中290颗成员星系进行形态分类,研究这些星系的恒星形成率及其与形态和相关物理特性之间的关系.该星系团中星系的特征恒星形成率与Ha等值宽度、星系光谱在4000A处的跃变程度以及星系所包含的恒星质量之间有较强的相关性.这些星系的恒星形成活动没有表现出明显的环境效应,表明该星系团仍处在剧烈的动力学演化阶段,远没有达到动力学平衡.     

红外冷的赛弗特2星系的光谱观测研究(英文)

对从Veron活动星系核表 (2 0 0 0 )选取的 4 3个赛弗特 2星系组成的样本的低分辨率光谱进行分析 ,发现一些在Veron活动星系核表中被定义为赛弗特 2星系的源并不符合赛弗特 2星系的分类标准 ,所以根据标准 ,重新对样本进行了分类。分类结果是 :赛弗特 1.9星系占 2 3% (10 / 4 3) ,赛弗特 2星系占 30 % (13/ 4 3) ,LINERs占 7%(3/ 4 3) ,HII区占 5 % (2 / 4 3) ,和混合型光谱占 35 % (15 / 4 3)。我们的结果对Veron表进行了修正。同时考察赛弗特 2星系的α(60 ,2 5) 和 [OⅢ ]/Hβ的相关关系 ,证实了Keel等人 (1994 )年发现的赛弗特 2星系 (热 )相关关系 ,并且将红外颜色的范围从 - 1.5<α(60 ,2 5) <0扩展到$C - 3.5 <α(60 ,2 5) <0的赛弗特 2星系中 ,并讨论了α(60 ,2 5) ～ [OⅢ ]/Hβ的物理机制。