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     

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.     

星系空间取向的理论和观测研究

星系在空间的分布并非随机,在不同的尺度上呈现不同的排列特征.在星系和星系团等中小尺度上,卫星星系的分布倾向于分布在中央星系的主轴方向上.在大尺度上,中央星系的主轴倾向于指向大尺度的物质分布,如平行于大尺度的纤维结构.在更大尺度上,星系的主轴之间也有一定的取向关联.此外,星系的角动量也与大尺度物质分布有一定的关联.本文将回顾星系空间取向的相关理论和观测研究的进展,指出小尺度上星系的空间各项异性主要是由非球对称的暗物质晕决定的,与大尺度物质分布的相关性正是冷暗物质模型下结构形成的典型特征,研究星系在不同尺度上的各项异性分布有利于理解星系形成物理和限制暗物质、暗能量模型.     

Blazars光变和喷流效应研究进展

活动星系核是当代天体物理研究中最活跃的领域之一.它们对人们探讨星系的形成和演化、宇宙常数的确定、大尺度结构,甚至宇宙各种背景辐射的起源等方面具有非常重要的意义.耀变体是活动星系核的特殊子类,具有极端的观测性质,包括高光度、高而变化的偏振、大幅度激烈光变、视超光速运动和高能伽玛射线辐射.文章将主要介绍光变和喷流效应的研究进展.密集采样捕捉到很短时标,如OJ 287,3C 273,0716+714在光学波段都获得历史最短的光变时标,200 s的快速光变短时标光变发现在PKS 2155-304的Te V波段,而光变周期的分析,多方法加去除伪周期使得结果更加可靠.光变时标在伽玛波段的Doppler因子估算方面取得进展.     

Voronoi样本与ACO星系团样本的比较

提出以Ｖｏｒｏｎｏｉ镶嵌作为分析宇宙大尺度结构的工具,并以此讨论了星系的类似Ｖｏｒｏｎｏｉ镶嵌的分布,同时运用Ｖｏｒｏｎｏｉ镶嵌模拟星系分布,通过比较模拟样本与星系团实际样本的异同,表明二者具有极其相似的分布特性,论证了利用Ｖｏｒｏｎｏｉ镶嵌研究宇宙大尺度结构的合理性与优越性。     

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.     

“看见了”看不见的暗物质——形成宇宙如此模样的关键物质

宇宙中大约有1000亿个星系。这众多的星系聚集在一起,形成了我们所看见的这个宇宙今天这种复杂的“大尺度结构”。然而令人大惑不解的是,在这个宇宙中,我们眼睛所看到的物质数量实在太少了。靠这样少的物质,在宇宙诞生以来的一百几十亿年间根本来不及形成这样的大尺度结构,更来不及诞生出一个个的星系。为了解决这个矛盾,科学家假设宇宙中还存在着大量我们眼睛看不见的“暗物质”。近年来,天文学家使用当今世界上顶尖级的望远镜正在一步步地勘查这种看不见的暗物质的分布。本文就来介绍科学家千方百计寻找这种尽管看不见但确实存在的暗物质所获得的最新成果。[编者按]     

原初典型星系的形成、演化及大尺度天体层次结构和演化的基本规律

本文应用相对论性牛顿万有引力定律和非黎曼几何的传统力学分析方法,对当代天体物理中大尺度天体一系列根本性问题,作了较系统全面的探索研究：（1）导出了原初典型星系的起源、形成和生死循环演化的基本规律．揭示了类星体、活动星系核现象和类星体反常红移未解之迷．证明了星系核中均都存在一超级不稳定黑洞．（2）导出了大尺度层次天体的基本特征和层次攀升演化的一系列基本规律．并对此系列唯象规律,作了相对论力学分析的理论证明．导出了星系分布中存在的”星系长城”、“星系空洞”和”星系分布红移周期性”等可观测天文现象．由此证明了总星系中质元星系非均匀和各向异性的分布规律．（3）导出了由排斥起主导作用形成的第二类引力黑洞：双饱和稳定临界黑洞（总星系M’S4）．揭示了星系红移和类星体特大红移之迷．（4）证明了相对论性牛顿万有引力是一种力程λG=R＇54的远程饱和有程力．（5）定量导出了总星系中潜藏的“场暗质星”和发不出光的“非场暗质量”,证明了“场暗质量”高度均匀和各向同性的分布规律．（6）导出了宇宙的“双饱和稳定临界黑洞理想气体分子结构模型”,导出了质量无限,尺度无边、没有中心、没有始终、永恒运动的无限宇宙．     

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.     

困扰当代天体物理的若干未解之谜问题的探索与发现(二)

本文应用相对论性牛顿万有引力定律和非黎曼几何的传统力学分析方法，对当代天体物理中一系列根本性问题（1．恒星、星系生死循环演化的基本规律和内部结构；2．第一类黑洞的基本极限物理特性；3．大尺度天体层次结构演化的基本规律；4．总星系的结构——双饱和稳定临界黑洞——第二类黑洞；5．宇宙的结构；6．大爆炸标准宇宙模型的真伪性）作了较系统深入的探索研究，得到了一系列很有意义的新结果．     

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.     

困扰当代天体物理的若干未解之谜问题的探索与发现(一)

本文在广义相对论的理论框架内，应用相对论性牛顿万有引力定律和非黎曼几何的传统力学分析方法，对当代天体物理中一系列根本性问题（1．恒星、星系生死循环演化的基本规律和内部结构；2．第一类黑洞的基本极限物理特性；3．大尺度天体层次结构演化的基本规律；4．总星系的结构——双饱和稳定临界黑洞——第二类黑洞；5．宇宙的结构；6．大爆炸标准宇宙模型的真伪性）作了较系统深入的探索研究，得到了一系列很有意义的新结果．     

宇宙中物质的压力对宇宙年龄的影响

在标准宇宙学模型中,非相对论性物质(以下简称为物质)被视为无压的尘埃粒子[1],然而其合理性并未定量地证实过.Peebles[2]也曾提到过考虑宇宙中物质压力的必要性.目前的研究表明,在冷暗物质宇宙学模型基础上,宇宙中大尺度结构形成的高精度计算机数值模拟和理论分析都预言,在星系和星系团的中心应该有一个致密的核;然而这与目前的观测如星系团的引力透镜观测等相矛盾.最近Spergel等[3]假定冷暗物质之间存在着相互作用力,即存在着热压力,并对其做了深入研究,但也并未涉及其对宇宙年龄的影响.     

局部系数应用的假设

宇宙是由许多性质不同的局部宇宙组成的,引入局部系数．在两个局部宇宙中研究银河系与类星体之间大小与质量关系．根据旋涡星系中的恒星的转速与质量关系,找到旋涡星系中的恒星的质量的结构组成,研究旋涡星系中的恒星的转速与各个质量组成关系．     

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).     

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。     

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…     

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.     

宇宙中的结构形成

现代宇宙学的中心问题是宇宙中大尺度结构的形成问题.在标准等级成团结构形成理论中, 暗物质主宰着宇宙.今天所观测到的各种结构如星系、星系群和星系团,是通过引力不稳定 性形成.由于引力不稳定性,暗物质的小扰动先坍缩最终形成暗物质晕(或暗晕). 较小的 暗晕通过并合形成较大的暗晕.引力形成的结构的质量分布通常称为质量函数,由观测来确定[1-4]. Press等[5]。