近邻盘星系的演化及恒星形成历史研究

发布时间：2017-12-09 17:22

  本文关键词：近邻盘星系的演化及恒星形成历史研究

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【摘要】：星系是构成宇宙的基石,其形成与演化是二十一世纪天体物理研究领域的前沿课题之一。相比宇宙大尺度结构和恒星的形成与演化,星系的形成与演化有更多未知且十分重要的领域有待我们深入研究。为了解其形成与演化历史,越来越多空间及地面望远镜为之展开观测。统计研究发现,星系的分布和演化历史受其形态、恒星总质量和周围环境等因素的影响,但是具体的星系形成与演化研究还依赖于观测水平和技术手段的发展。近邻星系具有很高的空间分辨率,为研究星系形成与演化的理论模型提供了最丰富的观测约束,因此近邻星系是研究星系形成、结构和演化历史的理想“实验室”。为了了解这些近邻盘星系的演化历史,对单个星系个性特征的研究是非常有必要的。在研究星系的个性特征方面,唯象模型体现了其独特的价值。我的博士论文利用唯象模型分别研究了一个较为简单的、孤立的小质量盘星系NGC 300和一个较为复杂的、相互作用的大质量盘星系M51a(NGC 5194),利用它们的最佳模型预言,分别与之前研究过的、与它们各自质量相当的对应目标进行了比较研究。希望通过比较研究这两类比较典型的盘星系的形成与演化历史,藉此了解盘星系的形成与演化历史。首先,我们构建了NGC 300的化学演化唯象模型。一方面,详细计算了分子氢和中性氢气体质量面密度(∑H2(r,t)和∑HI(r,t))、恒星形成率面密度((？)(r,t))和金属丰度(12+log(O/H))的径向轮廓。通过模型预言与观测约束的比较,我们发现模型预言对内落时标很敏感,而外流主要影响星系盘的金属丰度,并且NGC 300的星系盘是“由内到外”形成的。另一方面,本星系群中的小质量盘星系M33和NGC 300在光学性质上是“孪生姐妹”,但是观测研究发现：(a) NGC 300的恒星质量面密度轮廓能够很好地用e指数分布描述,而M33在半径r=8kpc的地方存在截断；(b) NGC300是一个孤立的星系,而M33和M31之间存在中性氢气体桥,即M33与M31之间存在相互作用。由此表明,NGC 300和M33应该具有不同的演化历史。于是我们利用NGC 300最佳模型得到的结果,与之前研究过的M33最佳模型的结果进行了比较研究。得到如下结论：NGC 300的恒星形成主体时间早于M33；现阶段有更多的冷气体下落到M33的盘上,并且NGC 300现今的恒星形成没有M33的恒星形成活跃；周围环境对星系的形成与演化历史有重要影响。其次,我们建立了M51a化学-颜色演化的唯象模型,详细计算了∑H2(r,t)、 ∑HI(r,t)、总气体质量面密度(∑gas(r,t)), Ψ(r,t),以及12+log(O/H)和多波段(从FUV到K波段)面亮度的径向轮廓,通过模型预言与观测数据的比较,我们发现模型预言对内落时标很敏感,并且当采用常数的内落时标tp= 7.0 Gyr时,模型预言能够很好地重现M51a的大部分观测特征,也能很好地显示星系盘的形成机制为“由内到外”,这与最新的IFU巡天项目得到的结果一致。此外,∑H2(r,t)、Ψ(r,t)、以及FUV波段和NUV波段面亮度轮廓是示踪近期由于相互作用引起恒星形成的重要物理量。我们利用M51a最佳模型得到的结果,与之前研究过的、与M51a质量相当的、相对孤立的盘星系Milky Way和UGC 8802各自最佳模型的结果进行了比较研究。得到如下结论：M51a星系盘中星族的平均年龄比Milky Way的小,而比UGC 8802的大；M51a大约有50%的恒星质量是在最近5 Gyr内增长的,因此M51a是一个比较年轻的星系,并且目前的恒星形成比较活跃。最后,我们比较了NGC 300、M33、M51a、UGC 8802和银河系各自最佳模型预言的金属丰度轮廓,研究结果表明：对孤立星系而言,越大质量的星系,其主体恒星形成时间越早,并且大质量星系的内盘和外盘的增长速率都快于小质量星系；相互作用星系的金属丰度梯度比孤立星系的金属丰度梯度平。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(云南天文台)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P152

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3 冯，

本文编号：1271227