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伽玛射线暴和高红移恒星形成率：引力透镜效应的影响

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伽玛射线暴和高红移恒星形成率：引力透镜效应的影响

作者：郑戊娟华中师范大学

学位级别：硕士

伽玛射线暴(简称伽玛暴)是一种发生在宇宙任意方向的伽玛射线辐射短时间内突然增强的现象。根据爆发的持续时间,以2秒为界伽玛暴可分为短暴和长暴两类。他们分别被认为起源于双致密星的并合和大质量恒星的塌缩。因而人们常常利用长暴的... 详细信息

伽玛射线暴(简称伽玛暴)是一种发生在宇宙任意方向的伽玛射线辐射短时间内突然增强的现象。根据爆发的持续时间,以2秒为界伽玛暴可分为短暴和长暴两类。他们分别被认为起源于双致密星的并合和大质量恒星的塌缩。因而人们常常利用长暴的爆发率来示踪恒星形成率的宇宙学演化,特别是对于高红移情形。Swift时代以来,人们已经测量得到了相当数目的伽玛暴红移,为此项研究奠定了观测基础。一方面,本文详细介绍了伽玛暴伪红移样本的构建,以及由此给出的对伽玛暴光度函数的限制。另一方面,本文概述了利用暗物质晕塌缩模型对恒星形成率(包括星族Ⅰ/Ⅱ和星族Ⅲ)的理论计算。此处,本文特别指出,宇宙中分布的大量暗物质晕对伽玛暴特别是高红移伽玛暴的爆发会产生显著的引力透镜作用,从而使观测到的伽玛暴爆发率一定程度的大于其本征的爆发率。在考虑了这一效应的情况下,我们改进了对伽玛暴可观测爆发数的理论计算,进而重新拟合了伽玛暴的伪红移分布,为星族Ⅲ恒星的形成率、其产生伽玛暴的概率以及该类伽玛暴的观测效率等模型参数给出了新的限制。

关键词：伽玛射线暴红移引力透镜恒星形成率

利用星系的经验性能谱分布模板估算星系恒星质量及恒星形成率的方法

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利用星系的经验性能谱分布模板估算星系恒星质量及恒星形成率的方...

作者：李翠环西藏大学

学位级别：硕士

在宇宙时间尺度上,恒星质量和恒星形成率是帮助了解重子物质在星系尺度上分布演化的重要依据。对于研究星系乃至整个宇宙,研究恒星质量和恒星形成率都是非常重要的。对于恒星质量和恒星形成率的估算,天文学家们从不同的角度提出了多种... 详细信息

在宇宙时间尺度上,恒星质量和恒星形成率是帮助了解重子物质在星系尺度上分布演化的重要依据。对于研究星系乃至整个宇宙,研究恒星质量和恒星形成率都是非常重要的。对于恒星质量和恒星形成率的估算,天文学家们从不同的角度提出了多种计算方法,例如利用多波段的测光数据来拟合星族成分,或用发射线预估提供电离气体所需紫外光的大质量恒星数量,进而估算恒星质量与形成率等。但是不同星系之间的物理性质极其复杂,因此在做相关估算时会引入复杂且简并的参量。本论文的主旨在于提出一个稳健且简单的方法来进行恒星质量以及恒星形成率的估算。本文中提出的是将经验性星系模板与机器学习相结合的方法。我们选择了3个Assef在2010年文章中提出的低红移、低分辨率的经验性光谱能量分布模板作为星系SED分解的参考。其中包括椭圆星系模板(代表着年老星族),漩涡星系模板(代表中年星族)和不规则星系模板(代表年轻星族)。上述模板集具有比以往使用的星系模版更长的从紫外波段到红外波段的波长范围覆盖(0.03至30)。考虑到正常星系的紫外波段的辐射主要是来自大质量恒星,而恒星形成率的估算,紫外光数据占据主导地位,光学和红外的测光数据对于恒星质量的估算相对重要。因此,巡天数据如能覆盖近/中红外波长则能够帮助我们获得更加可靠的SED拟合结果进而使得恒星质量和恒星形成率的估算更加精准。在本文中,针对斯隆数字巡天计划中具有光度和光谱认证的正常星系样本源,利用天文多波段巡天数据和Assef的经验星系光谱能量分布模板,将目标星系分解为三个年龄阶段的星族,从而得到它们的比例。我们认为星系中三个阶段性的星族(即年老星族,中年星族,年轻星族)可以代表目标星系的恒星演化。所以利用三种年龄星族的占比可以对恒星质量和恒星形成率进行预测。我们使用了较为高效且容易实践的XGBoost的机器学习算法,进行恒星质量以及恒星形成率的预测估算。XGBoost算法是基于树形结构的算法,无论是分类预测和回归预测都在计算效率和计算精准度上有着优异的表现。我们选择了5个特征作为机器学习算法的输入,其中包括:年老星族占比,中年星族占比,年轻星族占比,红移和总光度。利用这5个特征,我们可以分别进行对恒星质量和恒星形成率的预测估算。结果发现,我们的方法可以对恒星质量进行相当精准的预测,弥散仅为0.16dex。对于恒星形成率的预测,虽然预测结果与样本真值之间有强烈的线性相关性,但是弥散相较于恒星质量来说较大,其回归预测的决定系数仅为0.69,弥散为0.35dex。同时我们也进行了稳定性测试,在发生缺失数据的情况下,我们的方法并未受到显著的影响。在本论文的第四章,我们也探讨了恒星形成率离散度较大的原因。从机器学习的特征输入方面考虑,我们认为输入特征的不完备或缺失会造成预测结果产生偏差。但当我们加入更加年轻的成分或通过对模板进行消光来提高不规则星系的占比(即提高年轻星族的占比),机器学习的预测结果并未得到明显改善。这说明我们选择的Assef模板中已有足够的星系年轻成分的信息。而从恒星形成率的计算方面考虑,我们对比了常见的恒星形成率的计算方法之间的计算结果。结果发现,不同的计算方法之间偏差较大,这说明了目前对于恒星形成率的计算不确定性较大。我们认为这是造成机器学习预测弥散度较大的主要原因。同样我们也对比了常见不同的恒星质量计算方法的计算结果。对于恒星质量来说,不同方法的结果之间偏差不大,这也从侧面证明了我们方法结果的合理性。

关键词：星系恒星质量恒星形成率机器学习

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伽玛射线暴的事件率与恒星形成率关系的研究

伽玛射线暴的事件率与恒星形成率关系的研究

作者：董小飞曲阜师范大学

学位级别：硕士

一般认为,长时标伽玛暴（长暴）起源于大质量恒星的塌缩,短时标伽玛暴（短暴）起源于双致密星的并合,前者常被用作恒星形成的示踪剂。许多工作从多个角度运用不同的方法研究了若干长暴样本的事件率以及它们与恒星形成率之间的关系,研究... 详细信息

一般认为,长时标伽玛暴（长暴）起源于大质量恒星的塌缩,短时标伽玛暴（短暴）起源于双致密星的并合,前者常被用作恒星形成的示踪剂。许多工作从多个角度运用不同的方法研究了若干长暴样本的事件率以及它们与恒星形成率之间的关系,研究结果不尽相同也备受争议,尤其是在低红移端二者的矛盾更为突出。本文主要介绍我们利用两种完全不同的方法计算具有不同红移完备度的伽玛暴的事件率,并与恒星形成率相比较,同时验证二者在低红移处的矛盾是否由样本大小、完备性以及探测器阈值造成,最重要的是探究伽玛暴事件率在低红移处超过恒星形成率是否是由低光度伽玛暴造成的。首先,我们利用非参数方法研究不同伽玛暴样本的光度函数和事件率对样本选择和探测器阈值的依赖性。利用光度随红移的演化关系L（?）(1+z)去除演化效应后,我们发现光度或红移的累积分布取决于样本选择,而不是探测器的阈值。无论样本是否完备,所有长暴样本的事件率都在低红移处有类似高斯成分的超出,高红移处二者则一致,且不依赖于样本的完备性或者探测器阈值的大小。因此,我们预测可能存在两种类型的长暴起源机制。其次,我们将三个Swift长暴样本分为低、高光度两个子样本,仍然采用非参数方法得到高光度暴的事件率与恒星形成率一致,而低光度暴的事件率在低红移处超出恒星形成率。因此,我们认为不论样本大小和红移完备性如何,低红移处的超出是由低光度长暴造成的,它的起源可能与大质量恒星的形成无关。与此同时,我们还利用传统的参数方法探究长暴的事件率,同样发现低光度暴在低红移处超出恒星形成率而高光度暴在整个红移分布范围都与其相吻合的重要结果,再次验证了低红移处的事件率超出是低光度暴造成的,暗示着高、低光度的长暴有不同的物理起源,本研究将为伽玛暴前身星、中心引擎及宇宙学应用方面的深入研究提供关键线索。

关键词：伽玛射线暴事件率恒星形成率光度函数非参数方法参数化方法数据处理

基于积分场光谱数据的近邻星系恒星形成区多波段恒星形成率定标研究

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天津师范大学学报（自然科学版） 2014年第3期34卷 30-35,84页

作者：于洵郝彩娜天津师范大学天体物理中心天津300387

为探究多波段数据相结合的恒星形成率定标在近邻星系恒星形成区的可应用性,基于窄带Hα成像观测数据、二维积分场光谱数据（IFS）以及Spitzer/MIPS 24 μm和Herschel/PACS 70、100、160 μm的中远红外波段高空间分辨率图像,对5个近邻恒... 详细信息

为探究多波段数据相结合的恒星形成率定标在近邻星系恒星形成区的可应用性,基于窄带Hα成像观测数据、二维积分场光谱数据（IFS）以及Spitzer/MIPS 24 μm和Herschel/PACS 70、100、160 μm的中远红外波段高空间分辨率图像,对5个近邻恒星形成星系中119个恒星形成区进行恒星形成率定标研究.以由IFS数据测得的巴尔末减缩得到的内部消光改正后的Hα光度为基准,将24、70、100和160 μm与未经过内部消光改正的Hα光度相结合进行定标.结果发现：在10^34～10^39 erg/s光度范围内,4个红外波段与H α光度的结合均能很好地示踪经过内部消光改正的Hα光度,RMS为0.20～0.27 dex.良好的数据分布表明基于较小样本的研究结果具有统计意义和可应用性.

关键词：恒星形成区恒星形成率积分场光谱红外光度复合发射线

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近邻恒星形成星系的主序关系

天津师范大学学报（自然科学版） 2018年第3期38卷 14-20页

作者：李力郝彩娜郭蕊天津师范大学天体物理中心天津300387

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... 详细信息

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(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.

关键词：近邻恒星形成星系恒星形成率孔径效应

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星系团Abell2255的恒星形成性质

南京师大学报（自然科学版） 2005年第4期28卷 46-49页

作者：赵丽芳袁启荣南京师范大学物理科学与技术学院江苏南京210097

研究了星系团Abell 2255中184颗成员星系的恒星形成性质.通过对这些星系的形态分类,发现星系光谱在4×10-7m处的跃变程度对区分星系类型非常有效.该星系团中星系的恒星形成活动和星系所处的环境有关,并且不同形态的星系随投影距离的变... 详细信息

研究了星系团Abell 2255中184颗成员星系的恒星形成性质.通过对这些星系的形态分类,发现星系光谱在4×10-7m处的跃变程度对区分星系类型非常有效.该星系团中星系的恒星形成活动和星系所处的环境有关,并且不同形态的星系随投影距离的变化趋势遵循不同的规律.此外还确认了团星系的金属丰度与恒星质量之间的相关性,并推断星系团Abell 2255是在单个星系形成后,经过引力相互作用而形成的,这一结果支持了等级成团理论.

关键词：星系团星系恒星形成率恒星质量金属丰度

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团星系和场星系的恒星形成性质

南京师大学报（自然科学版） 2007年第2期30卷 37-41页

作者：何莹莹袁启荣南京师范大学物理科学与技术学院江苏南京210097

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... 详细信息

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.

关键词：垦系星系团恒星形成率恒星质量金属丰度

红移z＜1卫星星系的恒星形成终止效率的研究

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红移z＜1卫星星系的恒星形成终止效率的研究

作者：雷凤杰沈阳师范大学

学位级别：硕士

星系中恒星形成活动降低甚至终止的过程被称为星系的quenching过程。此过程是当前星系形成与演化的热点问题之一。目前的研究表明,影响星系quenching的因素可归纳为两类:一类是内部原因,如AGN的反馈、超新星爆发等原因把冷气体吹离、星... 详细信息

星系中恒星形成活动降低甚至终止的过程被称为星系的quenching过程。此过程是当前星系形成与演化的热点问题之一。目前的研究表明,影响星系quenching的因素可归纳为两类:一类是内部原因,如AGN的反馈、超新星爆发等原因把冷气体吹离、星系核球的增长);另外一类是外部原因,如环境影响,星系落入了更大的暗物质晕的过程中,受到激波加热或者引力能转化成热能加热或是暗物质晕的影响,星系受到周围星系或者暗物质的剥离作用。在标准星系形成与演化模型下,环境因素对卫星星系的quenching影响比中心星系更为重要。最近基于颜色分类标准的研究表明:从近邻宇宙一直追溯至红移z.8,卫星星系的恒星形成终止效率约为0.5。然而,由于受到星系中尘埃红化的影响,实际上一些基于颜色选择的“宁静星系”中的恒星形成活动可能并未终止。因此,本文利用DEEP2/AEGIS巡天的Gerke等人的中等红移(0.4恒星形成率(SFR)分类的结果。本文的主要结果如下:(1)在特定的恒星质量区间10.2 log(M/M)10.8???内,分别用颜色U-B和恒星形成率区分是否有恒星形成的星系,无论是哪种分类标准,卫星星系和中心星系中恒星形成终止的星系比例均随着红移的减小而增加,在相同的红移区间内,卫星星系中恒星形成终止的比例高于中心星系。(2)基于恒星形成率得到的恒星形成终止的星系比例比基于颜色得到的比例约30%,这导致卫星星系中基于恒星形成率分类得到的卫星星系quenching效率是前人基于颜色分类结果的约40%。本文的研究结果表明:在标准的星系形成与演化模型下,环境因素对大质量卫星星系的quenching影响比中心星系显著,但并不像近期基于颜色分类得到的结果那么重要。

关键词：星系演化卫星星系星系颜色恒星形成率

CLASH星系团最亮成员星系中恒星形成活动研究

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CLASH星系团最亮成员星系中恒星形成活动研究

作者：李鼎鹏沈阳师范大学

学位级别：硕士

星系团是宇宙中最大的引力束缚系统,其最亮的成员星系(也称作最亮团星系,英文Brightest Cluster Galaxy)是星系形成与演化重要的研究对象之一。最亮团星系通常是宁静的巨椭圆星系,它们大多由年老的恒星族所主导,已没有较强的恒星形成活... 详细信息

星系团是宇宙中最大的引力束缚系统,其最亮的成员星系(也称作最亮团星系,英文Brightest Cluster Galaxy)是星系形成与演化重要的研究对象之一。最亮团星系通常是宁静的巨椭圆星系,它们大多由年老的恒星族所主导,已没有较强的恒星形成活动。早期的研究表明:低红移(z恒星形成活动。造成这些最亮团星系中恒星形成活动的冷气体主要来源于星系团中热气体的冷却(cooling)。最近基于哈勃空间望远镜(HST)多波段观测CLASH巡天项目的研究发现:在23个中等红移(0.18恒星形成活动(约40%)。造成这些中等红移最亮团星系中恒星形成活动的冷气体的来源目前还不十分清楚。为了进一步确定造成这些中等红移最亮团星系中恒星形成活动的冷气体来源,本文对CLASH巡天最亮团星系的性质做进一步的研究。首先我们对其中23个CLASH星系团的物理性质(质量、中心区域的熵等)与其最亮成员星系中的恒星形成活动间的关系进行了研究。其次基于多波段、高精度面源测光处理,我们进一步研究了CLASH最亮团星系在静止坐标系(Rest-frame)下的NUV-I颜色轮廓。通过NUV-I颜色轮廓分析,我们进一步确认是否这些中等红移最亮团星系中具有恒星形成活动。本文的主要研究结果如下:(1)中等红移最亮团星系的总恒星形成率与其宿主星系团的质量、中心区域的熵值存在明显的相关:质量越小、中心区域熵值越低的星系团中其最亮成员星系的恒星形成率越高,而与最亮成员星系本身的物理性质(如恒星质量)几乎不存在相关。(2)具有恒星形成活动的最亮成员星系的NUV-I颜色梯度为正向的(具有蓝色的核)。进一步确认25个CLASH最亮团星系中有9个具有明显恒星形成活动(6%)。本文的研究结果表明:CLASH星系团最亮成员星系中确实有较高的比例(6%)具有明显恒星形成活动;造成中等红移最亮成员星系中恒星形成活动的冷气体主要来源于其宿主星系团内的热气体冷却,而不是星系本身。然而,既然这些冷气体主要来源于星系团中热气体的冷却,那么星系团中心区域其它大质量成员星系中可能也会有相对较弱的恒星形成活动,在未来的研究工作中我们将对星系团中心区域其它大质量团星系进行研究,以进一步确认这些造成恒星形成活动的冷气体来源。

关键词：星系团恒星质量恒星形成率颜色轮廓