高红移星系的形态、结构和恒星形成活动研究
发布时间：2021-09-09 12:14
星系的形态、结构与恒星形成活动研究是星系演化研究中的重要部分。表征星系结构的最直接的观测特征为星系的形态,即星系中发光物质（组成星系的恒星和尘埃）沿着观测者视线方向的投影。星系形态是反映星系物理性质的一个重要特征量,它与星系的其他物理性质有一定的关系。比如,本地早型星系的星族年龄老,颜色偏红,消光弱,多处于高密度区,其恒星形成率低,而本地晚型星系则有着相反的特性。也就是说,随着星系中恒星形成活动的演化,星系的其他物理特征（如形态、颜色等）也将发生变化。对于星系形态结构的转变和恒星形成活动的抑制（star-formation quenching）已有一系列工作,但依然是星系研究中的热门课题。在本论文中,我们利用CANDELS（Cosmic Assemble Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey）五个深场的多波段巡天数据,对蓝云、绿谷和红序三类星系以及致密星系的形态、结构、活动星系核比例（Active Galactic Nucleus,AGNs）和恒星形成率等性质进行了研究。我们还计算了红移跨度在0.5到2.5范围内星系局域环境密度,...
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
并合树的示例图(Moetal.,2010)，展示了一个暗物质晕的并合历史
图1.2星系演化的大致流程。图中描述了一个典型的恒星形成星系最终成为宁静的椭圆星系所经历的八个演化阶段：(a)独立盘阶段、(b)小星系晕的并合、(c)相互作用/并合、(d)融合、(e)爆裂、(f)类星体、(g)后星暴时期、(h)宁静的椭圆星系(Hopkinsetal.,2008)。就体现出类星体的特征。d）星系融合（coalescence）：星系核心区域的迅速弛豫以及大量气体的内流，会触发强度类似极亮红外星系和亚毫米星系级别的星暴和尘埃遮掩的X射线活动星系核。虽然与并合时盘上恒星形成活动对整体恒星质量的贡献相比，这些由星系内流触发的星暴产生恒星总质量很少。但是这些剧烈的星暴活动主导了整个星系的亮度以及内部的反馈机制。e）爆裂阶段（“blowout”）：星系中心高密度的气体会使黑洞迅速地成长，然后暂时性地取代星暴活动主导星系的光度和反馈机制，并且通过持续的辐射和外流加热和排出气体和尘埃。由于大部分气体已经被之前的星暴活动消耗，最终来自超新星和黑洞的反馈机制又开始使残存气体变得热且弥散，使得恒星形成活动受到抑制。这个爆发阶段属于短暂的过渡阶段，星系在尘埃的作用下红化，变成红化的类星体（但并不属于II型）。红化类星体与星系并合活动相关，超过75%的类星体有近期或是正在进行并合的迹象，并且伴随着恒星形成活动。大量尘埃和超爱丁顿吸积率象征着这类星系正处在一个活跃的时期，宇宙中相当数量的高光度类星体都处在这个星系演化中的爆裂阶段。3
图1.3哈勃音叉图（来自网络）。整体上星系可以分为椭圆星系（E）、透镜星系（S0）、旋涡星系(S)和不规则星系（Irr）。根据中心区域是否存在棒状结构，可以分为棒旋星系(SB)和正常旋涡星系（S）；又依据盘上物质相对于核球的大小以及旋臂的展开程度，可以将旋涡星系划分为Sa、Sb和Sc（或SBa、SBb和SBc）。不规则星系缺乏对称型，没有固定的形状；其中，有明亮的亮或者隐约可见的不规则的棒状结构的典型不规则星系被称为I型不规则星系，II型不规则星系有比较平滑的图像，分辨不出恒星和星团等组成成分，且往往有明显的尘埃带。基于星系的哈勃分类法，天文工作者也提出了其他星系形态的目视分类法，如德沃库勒(deVaucouleurs,1959)分类和范德堡分类方法(vandenBergh,1960a,b)等。在此不再详述。后期的研究表明，星系的形态序列与许多物理特征有关，如光度、颜色、动力学、恒星质量、气体质量以及恒星形成性质等。哈勃分类简单有效，但是过于粗糙，忽略了对盘中环和旋臂特征的描述，且难以量化。另外，哈勃分类也存在一些系统性缺陷，比如对于低面亮度星系、并合中的星系、活动星系等难以分类。而且目视分类方法具有很强的主观性，并且很难推广到大样本。1.2.2模型依赖的形态参量和分类大量的观测事实证明，星系的面亮度轮廓可以通过数学化的函数形式来描述。比如，核球和椭圆星系的面亮度轮廓可以用deVaucouleurs1/4律来描述,而星系盘可以用指数律来描述。更一般地，我们可以用Sérsic面亮度轮廓的来描述星系的形态:I(r)=Ieebn[(r/re)1/n1],(1.1)其中re为有效半径，在有效半径re内包含了星系总光度的一半,即2L(<re)=L(<∞)。星系在半径r内的光度可以表示为L(<r)=γ(2n,bn(r/re)1/n)。严格的5
本文编号：3392075
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
并合树的示例图(Moetal.,2010)，展示了一个暗物质晕的并合历史
图1.2星系演化的大致流程。图中描述了一个典型的恒星形成星系最终成为宁静的椭圆星系所经历的八个演化阶段：(a)独立盘阶段、(b)小星系晕的并合、(c)相互作用/并合、(d)融合、(e)爆裂、(f)类星体、(g)后星暴时期、(h)宁静的椭圆星系(Hopkinsetal.,2008)。就体现出类星体的特征。d）星系融合（coalescence）：星系核心区域的迅速弛豫以及大量气体的内流，会触发强度类似极亮红外星系和亚毫米星系级别的星暴和尘埃遮掩的X射线活动星系核。虽然与并合时盘上恒星形成活动对整体恒星质量的贡献相比，这些由星系内流触发的星暴产生恒星总质量很少。但是这些剧烈的星暴活动主导了整个星系的亮度以及内部的反馈机制。e）爆裂阶段（“blowout”）：星系中心高密度的气体会使黑洞迅速地成长，然后暂时性地取代星暴活动主导星系的光度和反馈机制，并且通过持续的辐射和外流加热和排出气体和尘埃。由于大部分气体已经被之前的星暴活动消耗，最终来自超新星和黑洞的反馈机制又开始使残存气体变得热且弥散，使得恒星形成活动受到抑制。这个爆发阶段属于短暂的过渡阶段，星系在尘埃的作用下红化，变成红化的类星体（但并不属于II型）。红化类星体与星系并合活动相关，超过75%的类星体有近期或是正在进行并合的迹象，并且伴随着恒星形成活动。大量尘埃和超爱丁顿吸积率象征着这类星系正处在一个活跃的时期，宇宙中相当数量的高光度类星体都处在这个星系演化中的爆裂阶段。3
图1.3哈勃音叉图（来自网络）。整体上星系可以分为椭圆星系（E）、透镜星系（S0）、旋涡星系(S)和不规则星系（Irr）。根据中心区域是否存在棒状结构，可以分为棒旋星系(SB)和正常旋涡星系（S）；又依据盘上物质相对于核球的大小以及旋臂的展开程度，可以将旋涡星系划分为Sa、Sb和Sc（或SBa、SBb和SBc）。不规则星系缺乏对称型，没有固定的形状；其中，有明亮的亮或者隐约可见的不规则的棒状结构的典型不规则星系被称为I型不规则星系，II型不规则星系有比较平滑的图像，分辨不出恒星和星团等组成成分，且往往有明显的尘埃带。基于星系的哈勃分类法，天文工作者也提出了其他星系形态的目视分类法，如德沃库勒(deVaucouleurs,1959)分类和范德堡分类方法(vandenBergh,1960a,b)等。在此不再详述。后期的研究表明，星系的形态序列与许多物理特征有关，如光度、颜色、动力学、恒星质量、气体质量以及恒星形成性质等。哈勃分类简单有效，但是过于粗糙，忽略了对盘中环和旋臂特征的描述，且难以量化。另外，哈勃分类也存在一些系统性缺陷，比如对于低面亮度星系、并合中的星系、活动星系等难以分类。而且目视分类方法具有很强的主观性，并且很难推广到大样本。1.2.2模型依赖的形态参量和分类大量的观测事实证明，星系的面亮度轮廓可以通过数学化的函数形式来描述。比如，核球和椭圆星系的面亮度轮廓可以用deVaucouleurs1/4律来描述,而星系盘可以用指数律来描述。更一般地，我们可以用Sérsic面亮度轮廓的来描述星系的形态:I(r)=Ieebn[(r/re)1/n1],(1.1)其中re为有效半径，在有效半径re内包含了星系总光度的一半,即2L(<re)=L(<∞)。星系在半径r内的光度可以表示为L(<r)=γ(2n,bn(r/re)1/n)。严格的5
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