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.     

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     

宇宙中的双黑洞

在星系形成的等级结构模型中,亚星系的结构先形成,之后再不断地通过并合形成越来越大的星系.伴随着星系的并合,星系中心的大质量黑洞也不断经历并合.在富气体星系的并合过程中,气体落入星系的中心,可能触发恒星的形成和黑洞的吸积.黑洞不断通过并合和气体吸积,从小到大形成现在观测到的在不同红移处的超大质量黑洞,因此,在星系的演化过程中,不同红移处必然存在很多大质量黑洞双体系统,甚至三体系统.本文将主要对宇宙中大质量双黑洞的观测和理论做一个简要的评述.美国升级后的激光干涉引力波天文台宣称首次直接探测到了引力波,该引力波源为几十倍太阳质量黑洞双星的并合.这么大质量的致密双黑洞是如何形成的?它们的并合率为什么这么高?本文也会简单提及恒星级双黑洞的形成和演化模型.     

射电宁静的活动星系核的光变研究进展

一部分星系的核区存在剧烈的非恒星活动起源的多波段电磁辐射,这类星系被称为活动星系,其核心称为活动星系核.一般认为,超大质量黑洞(其质量是数百万倍乃至数百亿倍太阳质量)通过其强大的引力吸积周围气体形成的吸积盘是活动星系核的中心引擎.理解这一物理过程和测量超大质量黑洞的物理参数,对认识强引力场下的磁流体物理、超大质量黑洞的宇宙增长历史和活动星系核的反馈以及宇宙大尺度结构形成有重要的意义.多波段连续谱的光变(即光度随时间的变化行为)是活动星系核的鲜明特征,可以被用来从时域的角度测量宇宙学距离上的活动星系核的中心引擎的结构、尺寸和超大质量黑洞的质量以及自旋.本文介绍了活动星系核光变行为的基本概念,概述利用光变研究活动星系核物理过程和测量超大质量黑洞质量等方面的主要进展,并对活动星系核的光变研究领域进行展望.     

黑洞的吸积过程

正黑洞在宇宙中是普遍存在的。观测表明,宇宙中大部分星系中心都存在一个质量在几十万到几十亿倍的太阳质量的超大质量黑洞,而每个星系中都存在几千万个恒星级质量的黑洞。黑洞吸积是指黑洞周围的气体在黑洞引力的作用下向黑洞下落的物理过程。这一过程会释放出很强的辐射,并伴随着物质外流。现代天体物理的许多重要分支都是以黑洞吸积作为其理论基础的,包括活动星系核、伽玛射线暴、黑洞X     

河外星系恒星形成的物理规律探讨

冷气体(T<20 K)是星系中恒星形成(SF)的原料,冷气体随引力塌缩成致密分子云核并终将继续塌缩转变成SF到恒星,而SF反馈又推动着星系的形成和演化.详细了解气体的性质,描绘SF和星系的物理关联以及SF对星系的反馈等,是当今极为重要的关键研究.本文主要总结了河外星系中SF的物理规律,探讨了SF与冷气体的相关关系,特别是随着对SF的进一步物理认识,归纳了我们对SF与致密气体关系的系列相关研究,从河外星系整体的研究到对近邻星系空间分解以及与银河系内致密云核的跨度10个数量级的关系;甚至是对更高密度的致密气体,从星系整体到近邻星系空间分解以及河内致密云核的跨度10个数量级的线性相关关系,并指出在ALMA时代SF研究方向的未来发展前景.JCMT的大项目MALATANG提供了对极高密度致密分子气体在近邻星系中大规模分布和SF的认识,了解在星系的中心和更广阔的漩涡盘区各种不同气体状态与致密分子气体和SF之间的物理关联,以及SF和致密分子气体在不同物理尺度上的联系等.随着ALMA/NOEMA的观测推进以及下一代望远镜的投入,有望最终获得不论是遥远或近邻星系从分子云尺度到星系局部、整体各个不同物理尺度上对致密气体和SF的物理性质和规律、多谱线诊断和星系局部SF效率等前沿问题的突破性认识.     

两类Seyfert星系的黑洞质量与吸积率

收集了89个Seyfert星系样本,利用反响映射法和恒星弥散速度法计算了Seyfert星系的黑洞质量,分别研究了Seyfert 1和Seyfert 2星系的黑洞质量与吸积率、热光度和红移之间的相关性,结果发现Seyfert 1星系的黑洞质量与吸积率、热光度和红移之间具有强相关性,Seyfert 2星系的黑洞质量与吸积率之间具有弱的负相关性,与热光度和红移之间具有弱相关性.两类Seyfert星系的区别除了源于吸积盘倾角不同外,还可能与星系的环境、演化和星系核的活动有关.     

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.     

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).     

核心坍缩超新星中心黑洞超吸积在星系尺度上的贡献

核心坍缩超新星(Core-Collapse Supernova,CCSN)是大质量恒星演化末期的爆发现象,产生了宇宙中大多数的中子星和恒星级黑洞等致密天体.爆发可能伴随着强磁场中子星或黑洞超吸积引发的剧烈长时标伽马射线暴.CCSN还被认为是宇宙重元素的主要来源之一.本综述介绍了我们近期对CCSN中心黑洞超吸积过程的系列研究成果,主要包括研究了大质量星系中心附近伽马射线暴余辉阶段,因大量暗物质粒子湮灭电子注入而引发的光变和能谱的形态变化,探讨了其作为暗物质探测手段的可能性;研究了坍缩星框架下,中微子主导吸积流外流对核合成的贡献,及对太阳临近空间、(活动)星系等化学组分和演化的影响;最后,从数值模拟角度讨论了CCSN起源的致密天体质量分布,给出了低质量间隙可能起源于CCSN爆发能量分布的结论.     

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.     

星系(含银河系)中的恒星形成

正宇宙中各尺度的恒星形成,不论是位于宇宙边缘的第1代恒星还是在我们银河系"家园"里的恒星,都是贯穿于宇宙起源和天体演化的核心科学问题。可以说,恒星是宇宙中的"原子",有关恒星是怎样形成的这一问题则是当代天体物理学研究的枢纽:恒星形成不但决定星系的结构和演化,而且人类赖以生存的行星系统的起源也与之紧密相关。另外,宇宙中的大部分元素(包     

天文学家找到宇宙第一朵“云”

有助于构建更好的早期恒星形成模型[科学时报]天文学家发现的原始气态云团似乎在星系形成过程中毫发无损。图片来源:Ceverino、Dekel、Primack今天宇宙中的化学物质并不是过去的样子。环绕我们的恒星、行星与星际间气体由碳、氧以及比氢和氦——在宇宙大爆炸之后的几亿年中仅存的两种物质——重的其他许多元素混合而成。直到最近,还没有人见过任何来自宇     

宇宙的演化及其大小的探讨

现代宇宙学认为宇宙是由一个奇点发生"爆炸"而逐渐演化形成的.本文肯定了大爆炸宇宙学说,随后讨论了宇宙是怎样由一个奇点爆炸后,经过宇宙的早期演化,产生星系、恒星、行星以及生命的过程,并运用哈勃定律分析计算了宇宙的大小.最后对宇宙的未来进行了探讨.     

远红外亮类星体的研究进展

远红外亮类星体是极亮红外星系中具有I型活动星系核光谱特征的天体,光学光谱研究表明它们在光学波段的辐射主要由中心活动星系核主导,其中心超大质量黑洞的质量为107~108M☉,且有超爱丁顿吸积率.与光学选类星体相比,远红外亮类星体在远红外波段存在明显的辐射超出,这可能是由其核区周围~1 kpc尺度内的星暴活动(恒星形成率约为几百M☉yr-1)加热尘埃造成.对分子气体进行观测发现远红外亮类星体的宿主星系中存在约109~1010M☉的分子气体,这些分子气体可以为黑洞和核球的增长提供"原料".几乎所有远红外亮类星体都处于富气星系并合的晚期,是极亮红外星系向光学选类星体演化的过渡天体.     

反常粘滞吸积薄盘的稳定结构

根据描述吸积盘的流体动力学方程,给出无磁场情况下的质量、动量和能量守恒方程。在所给定方程的基础上,利用新的反常粘滞计算了黑洞周围吸积盘内区的结构。数值结果表明盘内区的气体不是做开普勒旋转,温度随吸积率变化比较明显,在M=10M_⊙,M ^.=100M ^._E的情况下,吸积盘的最大温度可达到3.35×10⁷K。 同时文中也给出了面密度和径向速度的分布规律。     

盘星系中的物质密度分布

一、引言Toomre 曾由星系自转曲线推出了无限薄盘星系模型的物质面密度,后来彭秋和等人推出了有限厚盘模型的面密度分布,对 Toomre 模型作了修正.但他假设星系盘的厚度相等,其结果只适用较薄的盘星系,对于象铁饼似的厚度较大的星系,它并不适合.我们这篇文章是在星系厚度不相等的假设下,推出了相应的面密度公式.我们的假设是:1)星系是轴对称的和稳定的,在稳定星系中的每一点,由自转导致的离心力应与引力相平衡,即     

空中有多个太阳吗

美国加州理工学院的天文学家在新近出版 的《自然》杂志上报告说,他们发现天鹅星座中 的HD188753星系中有3颗恒星。处于该星系中 心的一颗恒星与太阳系中的太阳类似,它旁边 的行星体积至少比木星大14％。该行星与中心恒 星的距离大约为800万千米,是太阳和地球之间 距离的二十分之一。而星系的另外两颗恒星处 于外围,它们彼此相距不远,也围绕中心恒星公 转。 银河系中的星系多为单星系或双星系,具 有三颗以上恒星的星系被称为聚星系,不太多 见。 恒星并不是平均分布在宇宙之中,多数的 恒星会受彼此的引力影响,形成聚星系统,如双     

恒星诞生使宇宙发出第一缕光

由于幼年时期宇宙温度太高,光在那时根本无法闪亮。那么宇宙中的第一缕光线是从哪儿来的呢?通过研究距地球2.81亿光年的一个小星系发出的辐射,天文学家认为,星系内部恒星的诞生可能促使宇宙发出了第一缕光。宇宙被认为产生于距今约137亿年前的“大爆炸”。紧接着“大爆炸”后的宇宙温度极高,物质粒子全部以离子化形式存在。这种情况下,恒星星系这种致密的物质结构无法轻易形成。随着宇宙的膨胀、冷却和去离子化,很多原子核和电子结合在一起,形成了氢和氦这种中性的、原子量小的原子。虽然恒星随后开始形成,但由于宇宙处于去离子化状态,光很…     

近邻恒星形成星系的主序关系

为了验证现有孔径改正方法的有效性,基于一个具有星系总体Hα、Hβ发射线流量和紫外(UV)、远红外(FIR)多波段数据的近邻(150 Mpc)星系样本,研究不受孔径效应影响的Hα作为恒星形成率指示剂的恒星形成主序关系,并对Hα和远紫外(FUV)分别作为恒星形成率探针时的主序关系进行对比.结果表明:不受孔径效应影响的Hα作为恒星形成率指示剂的主序关系与已有的利用孔径改正所得主序关系一致,表明通常采用的孔径改正方法可以还原星系整体Hα流量.此外,利用总红外(TIR)与FUV之比以及FUV-NUV颜色对FUV流量进行尘埃消光改正所得FUV作为恒星形成率示踪物的主序关系一致,表明FUV-NUV颜色对FUV流量进行消光改正没有引入更大的误差.