星系的暗晕占据分布模型

从星系巡天的观测中可以测量宇宙中星系的分布,而这些我们观测到的可见物质只占据了宇宙组分的很小一部分.如何从观测的星系分布来联系暗物质分布,建立星系与暗晕之间的关联,从而限制宇宙学参数,一直都是星系宇宙学研究领域的一大课题.本文具体介绍了描述星系空间分布的暗晕占据分布模型的主要框架和参数形式,并介绍了模型的一个简单应用.这个模型被广泛用于解释观测到的星系分布的两点相关函数,通过模型构建星系和暗晕之间关联,可以从理论上获得不同星系样本所在暗晕质量分布的信息,这对于我们理解星系形成与演化模型以及限制宇宙学参数都有着重要的意义.     

科学家谈天文学重要方向 宇宙大尺度结构

正宇宙学是研究宇宙起源和演化的学科。近年来随着天文观测和理论的快速发展,宇宙学参数已经得到非常精确的测定,宇宙学研究进入了黄金时代。宇宙大尺度结构是宇宙学研究的重要前沿领域,主要是通过多波段巡天测绘不同时期宇宙的物质结构来研究宇宙结构形成和时间演化,从而揭示宇宙的物质组成成分以及宇宙演化物理过程、暗物质、暗能量本质等宇宙学重要问题。     

国内期刊亮点

<正>专刊推介LAMOST巡天及早期成果星系是宇宙结构的基本单元,恒星形成和演化的场所。研究和阐释星系的形成和演化是21世纪天体物理学的重大问题。银河系是唯一可以将其星族组成解析为单体并进行细致研究的旋涡星系。位于河北省兴隆县、由中国科学院国家天文台运行的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)是当今世界上光谱获取率最高的大口径、宽视场光谱巡天望远镜。2012     

星系紫外深场巡天观测进展

紫外波段是星系能谱分布中的重要部分.其包含大量原子、离子和分子的共振线以及研究重要物理过程的连续辐射,提供了理论研究重要的观测限制.在星系研究中,紫外辐射追踪大质量恒星,是测量和理解宇宙中恒星形成历史的重要工具.紫外辐射也可追踪大质量黑洞吸积盘,是理解吸积物理过程的重要手段.其涉及的关键科学问题包括宇宙正午时期的恒星形成历史与星系演化、宇宙重子物质缺失、宇宙再电离能量来源以及星系吸积和外流反馈等.本文重点阐述了紫外深场巡天观测的发展现状及其在星系科学研究中发挥的作用.主要介绍了深场仪器的基本参数、深场观测的目的和任务,以及数据及科学产出,并对国内外正在计划中的未来紫外观测进行了总结和展望.     

现代宇宙学中的数值模拟技术和应用

宇宙尺度上物理过程的多样性和高度非线性使数值模拟成为现代宇宙学必不可少的研究手段,它不仅可以细致追踪宇宙结构的形成和演化历史,同时也为观测和理论模型的检验建立了一个桥梁.本文将总结计算宇宙学领域技术方法的最新发展,包括无碰撞粒子N体数值模拟技术,引入重子物理的计算流体方法.在此基础上,我们将针对现代宇宙学的核心科学问题,简要综述数值模拟技术在面向下一代巡天观测,尤其是暗物质和暗能量探测方面的实际应用.此外,我们选择性地讨论了数值模拟在第一代恒星和反馈作用、宇宙中的气体吸积和恒星形成,以及高红移星系盘的形成研究中所发挥的作用.因应下一代大规模巡天的开展和超级计算技术的快速进步,我们也展望了在未来十年计算宇宙学和相关科学可能取得的进展及发展趋势.     

星系中的恒星形成活动的熄灭过程

宇宙平均恒星形成率密度在z～2达到峰值后持续下降,这意味着平均而言,星系中的恒星形成活动在逐渐减弱甚至"熄灭",这种减弱和熄灭的过程主导着过去上百亿年的星系演化历史,百亿年前占据主导地位的星爆星系在今天的宇宙中已不多见,而红星系的比例则上升为百亿年前的两倍有余.到底是哪些物理机制造成星系中恒星形成活动的熄灭?这些机制在不同的星系、环境以及宇宙时期所起的作用有何不同?这些是当前星系形成领域的关键科学问题,21世纪以来的大规模多波段图像和光谱巡天观测极大地促进了对这些问题的认识.本文试图对当前研究结果稍作总结,考虑到中央星系和卫星星系的显著区别,先对两类星系分别讨论,然后将二者综合起来,总结了导致恒星形成活动熄灭的三个主要物理过程:大质量暗物质晕中的Halo Quenching效应(下落气体激波加热、潮汐力和冲压导致的气体剥离)、棒状结构和次并合驱动的星系自演化(Morphology Quenching、活动星系核反馈)、以及中小质量星系的主并合(早型星系和经典核球的形成).需要强调的是,这种对现有观测现象的总结只能是经验性的和阶段性的,下一步既要从观测上继续深入研究(更大样本、更多波段、更高红移),以改进和完善观测结果,更重要的还要及时和充分地利用最新观测结果来检验和限制星系形成的物理模型(如半解析模型和流体动力学数值模拟).     

LAMOST科学观测计划

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)是由中国科学技术大学与国家天文台、南京天文光学技术研究所共同承担的国家重大科学工程项目.LAMOST在口径、视场和光纤数目三者结合上超过了目前国际上所有的多目标光谱巡天计划的装置.本文介绍了它将在河外星系、银河系结构与演化及多目标认证三方面的科学巡天计划.LAMOST的建成将对宇宙学、星系形成及演化、恒星物理等天文学中广泛的科学课题的研究做出重要的贡献.     

科学家谈天文学重要方向 星系的演化

正星系的形成和演化是天体物理的前沿领域。该领域以现代宇宙学提供的大尺度结构形成和演化的成熟理论作为基本框架,通过观测和统计研究宇宙各时期星系的形态结构、星族构成、气体吸积、恒星演化、黑洞成长、化学元素、恒星和气体动力学等物理性质及其演变过程,试图阐明宇宙中各类星系的物理起源、演化关系以及它们与宇宙大尺度结构的物理联系,从而总结出支配星系演化的普适物理规律。目前被普遍接受的星系形成理论认为,星系在暗物质晕中形成和演化,其基本图     

高红移Lyα发射线星系观测研究

高红移Lyα发射线星系的研究是理解宇宙恒星形成历史和早期星系形成的关键.作为高红移宇宙的重要组成部分,Lyα发射线星系是研究星系形成、宇宙恒星形成和结构形成历史以及宇宙再电离时期的重要探针.近20年随着8–10 m级地面望远镜和红外设备的发展,利用窄带测光技术和光谱观测,人们对Lyα发射线星系的研究取得了巨大进展.本文主要介绍由窄带测光技术选取的红移2以上的Lyα发射线星系的成团性质、恒星星族和发射线星云性质、恒星形成性质、紫外连续谱和Lyα发射线形态,与莱曼断裂星系的关系,对宇宙恒星形成率密度的贡献,以及极高红移Lyα发射线星系对宇宙再电离时期的限制等方面的研究进展.     

团星系和场星系的恒星形成性质

通过对团星系和场星系的聚度参数、特征恒星形成率、星系中包含的恒星质量、金属丰度等物理参量的比较,研究了处在不同引力环境中星系的恒星形成性质.研究表明,聚度高的星系主要居于星系团中,大部分低质量星系是场星系,星系的特征恒星形成率与恒星质量和金属丰度之间存在着显著的相关.另外,团星系和场星系在红移小于0.1的范围内仍表现出了明显的宇宙学演化效应.     

星系团Abell 2199的动力学子结构

近年来Sloan巡天的光谱观测使近邻富星系团Abell 2199的成员星系数目增加了近两倍.基于该星系团1.5 h-1Mpc范围内的366颗成员星系的位置和红移信息,对其动力学结构进行了分析.计算出中心cD星系的本动速度为(189±45)kms-1,说明cD星系在星系团完全维力化之前就形成了.从这些星系的空间分布和局域视向速度分布中,发现了三个明显的子团.这些子团的并合现象表明,星系团Abell 2199远未达到动力学平衡状态,从而支持了星系团形成的等级模型     

星系形成演化模型中的冷气体成分

星际介质中的冷气体是星系的重要组成成分,主要由分子气体H_2和原子气体HI两种成分组成,它们参与了星系形成和演化的各种物理过程,是形成恒星的原材料.目前基于星系形成和演化模型来研究分子气体和原子气体主要使用半解析模型和流体动力学模拟两种方法,两种方法都存在各自的优势和不足.本文主要介绍了近年来这方面模型工作所取得的进展,并介绍了模型所给出的一些最新结果和预言.这些结果能很好地符合和解释已有的H_2和HI气体的各种观测,并可以为今后ALMA,ASKAP,SKA,FAST等大型射电设备对HI和CO气体的观测做理论模型预言和巡天观测指导.     

观测宇宙学的一些新进展

系统介绍了观测宇宙学和其最新进展,包括观测手段和哈勃常数和宇宙的年龄、宇宙的暗物质、暗能量、背景辐射、大尺度结构、元素丰度、活动星系核、中微子、γ暴等热点问题,并提出了观测宇宙学存在的问题和挑战.     

CANDELS巡天简介

CANDELS巡天是哈勃空间望远镜历史上最大的多波段图像观测项目,其科学目标主要是借助高分辨率WFC3(Wide Field Camera 3)/近红外波段图像数据,研究高红移(z1)星系的形成与演化。CANDELS巡天包含5个观测区域,总面积约800平方角分。独一无二的空间条件和很深的图像深度已使CANDELS在天体物理学领域取得越来越多重要的科学成果。根据国内相关研究者的需要,该文对CANDELS巡天的观测、数据结构、图像数据预处理给予简要的介绍,以使国内感兴趣的同仁对该巡天项目有初步的了解。     

2.5 m大视场高分辨率望远镜

为了显著提升我国太阳物理研究水平、满足国家对空间天气监测和预报的重大战略需求,同时兼顾夜间时域天文学观测的需要,我们建议研制一架2.5 m大视场高分辨率望远镜(WeHiT).它将是世界上首架既做白天高分辨率太阳观测又做夜间大视场巡天观测、具有重大创新设计的特殊望远镜.它的科学目标覆盖了太阳物理、时域天文学、星系物理和太阳系外行星物理等天文领域的前沿热门课题,可为我国、特别是高校的天文学家提供一流的观测资料.特别是,作为全世界最大的轴对称太阳望远镜,具有比所有大型太阳望远镜更大的视场,可提供前所未有的太阳活动区高分辨率资料,在太阳活动区和太阳爆发现象(特别是耀斑和日冕物质抛射)的研究中有望取得突破性成果,并为我国空间天气学研究提供宝贵资料;作为中国时区的大口径、大视场望远镜,对于持续严密监控超新星、伽玛暴和大质量双黑洞等时变天文现象十分重要,将填补国际上的空白,提供在中国时区的第一手观测资料;同时在窄波段星系巡天、临近星系研究及系外行星搜索等许多领域提供宝贵的高质量资料.     

暗能量观测：现在的状态和未来的发展

本文回顾了当前暗能量观测的情况.最近利用SNLS-3year的数据得到了对于宇宙学参数的限制.本文还探讨了其他探针对于宇宙学参数的限制情况,特别是一种新的利用星系对之间角分布的探测方法.     

弱引力透镜的最优窗函数

光线的引力偏折会导致引力透镜效应,用它可以直接测量宇宙中暗物质的分布,而不用考虑其物理状态.宇宙中大尺度结构可以对遥远的星系产生弱引力透镜效应.最近几个研究小组观测到了弱引力透镜效应[1-2].由于其效应极其微弱,因此所有的观测在本质上都是许多星系的统计效应.在标准宇宙学模型中,物质的扰动起源于早期极小的、对称的高斯扰动.     

基于叠加的河外星系中性氢(HI)谱线数据处理方法

中性氢(HI)巡天是探测宇宙气体大尺度结构的重要手段.在对河外星系进行HI巡天的过程中,由于信号本身非常弱,再加上望远镜灵敏度的限制,导致观测数据中大量星系的HI谱线信号被湮没在噪声之中,无法直接观测到.但是利用谱线叠加技术就可以通过叠加一些已知光学红移和位置的星系来提高谱线的信噪比.本文所要介绍的就是将一个星系群中所有成员星系的HI谱线进行叠加得到合成HI谱线的方法.通过这种方法获得的叠加谱线就是该星系群中总的HI辐射.叠加后的谱线由于rms水平的降低而获得比单一成员星系的谱线更高的信噪比,从而使一些在原来单条谱线中并不明显的HI信号在叠加后的合成谱线中显现出来,达到S/N 4.5的水平.谱线叠加过程涉及了大量数据的批量处理,因此我们开发了相关的自动化软件,用来处理美国Arecibo望远镜ALFALFA中性氢巡天观测的数据,成功得到了80多个选自SDSS观测星表的星系群样本的叠加谱线.预计未来我国的FAST望远镜巡天将产生大量的中性氢谱线数据,这一软件将会在大批量处理FAST河外星系HI谱线叠加方面发挥重要作用.     

星系并合与相互作用的数值模拟和观测统计

在等级成团的结构形成过程中,星系并合与相互作用是非常普遍的现象.在引力的作用下,进入主暗晕的卫星星系受到动力学摩擦的作用而落入暗晕中心与中央星系并合;星系团中的星系高速交汇给星系内部注入能量从而改变着星系的形态;来自星系团的引力场对其中的星系进行着潮汐剥离甚至将其打散.星系的并合与相互作用在星系的演化中起着重要的作用,不仅能改变星系的形态,对星系的恒星形成性质产生影响,而且与活动星系核的演化相关联.借助数值模拟的理论研究与观测研究的共同发展,促进了人们对这一领域的认识,尤其是星系的理论并合时标、观测到的星系并合统计量及演化、并合在大质量星系的质量和大小增长中的作用等.     

星系周介质的研究方法和研究进展

星系周介质是位于星系维里半径以内、星际介质以外的气体.这些弥散的、几乎不可见的物质在星系的演化过程中扮演了重要的角色.本文介绍星系周介质的研究方法以及近年来取得的主要研究进展，包括重子物质的质量分布和金属分布等.研究表明，星系周介质是复杂的多相气体，不同温度的星系周介质都包含了大量的重子物质，有望解决标准宇宙学框架下的“重子物质缺失”问题.星系周介质的金属分布呈双峰或更复杂的结构，说明其能接收星系反馈过程抛出的气体，调节并支配星系的气体供给.观测上已经发现星系内流和外流的直接证据，星系周介质的性质具体是如何影响星系中气体的供给还有待研究.未来，包括我国的中国空间站望远镜、宇宙热重子探寻计划等观测设备将帮助人们更好地理解星系周介质的性质及其在星系演化过程中的具体作用.