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星系并合与相互作用的数值模拟和观测统计

中国科学：物理学、力学、天文学 2017年第4期47卷 34-47页

作者：姜春艳中国科学院上海天文台上海200030

在等级成团的结构形成过程中,星系并合与相互作用是非常普遍的现象.在引力的作用下,进入主暗晕的卫星星系受到动力学摩擦的作用而落入暗晕中心与中央星系并合;星系团中的星系高速交汇给星系内部注入能量从而改变着星系的形态;来自星系... 详细信息

在等级成团的结构形成过程中,星系并合与相互作用是非常普遍的现象.在引力的作用下,进入主暗晕的卫星星系受到动力学摩擦的作用而落入暗晕中心与中央星系并合;星系团中的星系高速交汇给星系内部注入能量从而改变着星系的形态;来自星系团的引力场对其中的星系进行着潮汐剥离甚至将其打散.星系的并合与相互作用在星系的演化中起着重要的作用,不仅能改变星系的形态,对星系的恒星形成性质产生影响,而且与活动星系核的演化相关联.借助数值模拟的理论研究与观测研究的共同发展,促进了人们对这一领域的认识,尤其是星系的理论并合时标、观测到的星系并合统计量及演化、并合在大质量星系的质量和大小增长中的作用等.

关键词：星系并合相互作用

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星系与子暗晕的统计联系

中国科学：物理学、力学、天文学 2017年第4期47卷 57-66页

作者：王岚中国科学院国家天文台北京100012

伴随N体数值模拟精度的不断提高,不仅暗物质晕的成长历史可以被追踪,位于暗物质晕势场中的子暗晕的成长历史也能够被追踪.与暗物质晕相比,子暗晕和星系的关联更为紧密.由此发展出一系列以子暗晕为基础的研究星系与子暗晕统计联系的研究... 详细信息

伴随N体数值模拟精度的不断提高,不仅暗物质晕的成长历史可以被追踪,位于暗物质晕势场中的子暗晕的成长历史也能够被追踪.与暗物质晕相比,子暗晕和星系的关联更为紧密.由此发展出一系列以子暗晕为基础的研究星系与子暗晕统计联系的研究工作.这类方法介于传统的暗晕占据分布模型和星系形成半解析模型之间.星系的位置和速度通过追踪数值模拟中的子暗晕的轨道和并合历史来预言.星系的物理性质如恒星成分质量、光度、颜色等由统计的参数化模型和其所在暗晕/子暗晕的性质直接联系起来,而并不通过模拟具体的恒星形成以及反馈等过程确定.本文总结并介绍这类星系与子暗晕的统计联系的方法,举例说明典型模型的建立过程,并指出星系-子暗晕关联模型的优势和应用时需要注意的问题.

关键词：星系暗物质子暗晕

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星系的暗晕占据分布模型

中国科学：物理学、力学、天文学 2017年第4期47卷 48-56页

作者：郭宏中国科学院上海天文台上海200030

从星系巡天的观测中可以测量宇宙中星系的分布,而这些我们观测到的可见物质只占据了宇宙组分的很小一部分.如何从观测的星系分布来联系暗物质分布,建立星系与暗晕之间的关联,从而限制宇宙学参数,一直都是星系宇宙学研究领域的一大课题.... 详细信息

从星系巡天的观测中可以测量宇宙中星系的分布,而这些我们观测到的可见物质只占据了宇宙组分的很小一部分.如何从观测的星系分布来联系暗物质分布,建立星系与暗晕之间的关联,从而限制宇宙学参数,一直都是星系宇宙学研究领域的一大课题.本文具体介绍了描述星系空间分布的暗晕占据分布模型的主要框架和参数形式,并介绍了模型的一个简单应用.这个模型被广泛用于解释观测到的星系分布的两点相关函数,通过模型构建星系和暗晕之间关联,可以从理论上获得不同星系样本所在暗晕质量分布的信息,这对于我们理解星系形成与演化模型以及限制宇宙学参数都有着重要的意义.

关键词：宇宙学宇宙大尺度结构星系暗物质晕

近邻旋涡星系NGC 2403中HII区的光谱研究

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近邻旋涡星系NGC 2403中HII区的光谱研究

作者：王舒婷广州大学

学位级别：硕士

近邻旋涡星系由于本征视尺度大且富含HII区,因此是研究星系中恒星形成、元素增丰、光致电离等物理过程的理想天体,通过这些物理过程所表现出的性质可以推演星系的化学演化。作为星际介质的一种,HII区是星系中的电离气体云,也是包含大量... 详细信息

近邻旋涡星系由于本征视尺度大且富含HII区,因此是研究星系中恒星形成、元素增丰、光致电离等物理过程的理想天体,通过这些物理过程所表现出的性质可以推演星系的化学演化。作为星际介质的一种,HII区是星系中的电离气体云,也是包含大量气体和尘埃的恒星形成场所。本研究着眼于近邻旋涡星系NGC 2403中HII区的光谱性质,基于HII区的光谱发射线数据得到氧元素丰度多种方式的空间分布。通过国家天文台兴隆观测站2.16米望远镜的观测并结合搜集到的来自文献的数据,我们编纂了一个包含159个HII区的研究样本。借助光电离模型作为参照,N2O2方法用来估计氧元素丰度。我们绘制出三种氧元素丰度的空间分布,包括一维、二维、以及方位角分布。结果显示,氧元素丰度呈现明显的从星系中心向外围递减的径向梯度变化,但这样的径向变化表现弯曲或不连续现象(即斜率是变化的)。研究表明导致NGC 2403中氧元素丰度径向分布弯曲的原因可能与星系运动学性质不连续的有关;同时,以传统的光度最大位置来定义星系的中心可能对于星系化学性质的研究并不适用;此外,气体内流的影响也不可忽视。未来的工作计划深入研究氧元素丰度径向梯度不连续现象的原因,揭示星系内部物理过程对元素丰度梯度的具体影响;此外,还将对比不同估计氧元素丰度方法所得结果的差异,探究产生差异的原因,比较各自的优缺点,提供关于星系中元素丰度估计方法适用性和可靠性的建议。这些研究将为准确、全面地认识星系化学性质和演化奠定基础。

关键词：星系 HII区光谱金属丰度光学观测

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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星系大碰撞

小哥白尼（趣味科学） 2023年第1期 10-13页

作者： Spartan117 不详

茫茫宇宙,银河系并不是孤独的存在,它有许多星系邻居,其中不乏喜欢横总目直撞的家伙。你瞧,仙女星系就在以大约300千米每秒的速度向着我们飞奔而来,将在未来与银河系相撞!

关键词：银河系星系宇宙

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HI吸收线星系中的射电连续谱研究

天文学进展 2021年第3期39卷 416-423页

作者：宋文吴忠祖顾敏峰朱明米立功彭毫贵州大学物理学院贵阳550025 中国科学院上海天文台星系与宇宙学重点实验室上海200030 中国科学院国家天文台北京100012 黔南民族师范学院物理与电子科学学院都匀558000

利用VLBI档案数据研究了5个在40%阿雷西博河外HI巡天天区(α.40天区)发现的具有本征HI吸收线的星系,分析了它们在毫角秒尺度下的射电结构及亮温度TB,并计算了星系的q值(远红外流量与射电流量密度之比)以及利用WISE (wide-field infrared... 详细信息

利用VLBI档案数据研究了5个在40%阿雷西博河外HI巡天天区(α.40天区)发现的具有本征HI吸收线的星系,分析了它们在毫角秒尺度下的射电结构及亮温度TB,并计算了星系的q值(远红外流量与射电流量密度之比)以及利用WISE (wide-field infrared survey explorer)数据对星系进行了分类。研究发现5个源中的NGC 315,NGC 5363存在明显的射电喷流结构,IC 860和CGCG 049-057在pc尺度下存在致密的核,但流量小于NVSS流量的20%,以上4个源的核区的亮温度均超过106K,UGC 6081在毫角秒尺度下没有致密的射电结构,几乎完全分解。通过射电结构、亮温度以及q值得出这5个源的射电连续谱辐射可能来自射电喷流、星暴活动与射电喷流共存,及纯星暴活动等3种情况,说明HI吸收线的探测可能不依赖于中央核区连续谱辐射的类型。利用WISE数据分类显示5个源可以分为2类,3个为4.6μm亮星系,2个为12μm亮星系。没有贫尘埃星系,说明这类星系在α.40天区的数量较少或HI吸收线探测率较低。

关键词：星系喷流星暴远红外射电结构

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基于残差神经网络的恒星-星系分类器

北京师范大学学报（自然科学版） 2021年第4期57卷 450-457页

作者：杨阳文中略夏俊卿北京师范大学天文系北京100875 中国科学院国家天文台北京100101

使用残差神经网络(residual neural network,RNN)算法对斯隆数字巡天(Sloan digital sky survey,SDSS)提供的天体伪彩色图片进行分类,直接从图像中获得特征.使用带有光谱信息的星系与恒星图片作为训练集和测试集.经过训练,在测试集上的... 详细信息

使用残差神经网络(residual neural network,RNN)算法对斯隆数字巡天(Sloan digital sky survey,SDSS)提供的天体伪彩色图片进行分类,直接从图像中获得特征.使用带有光谱信息的星系与恒星图片作为训练集和测试集.经过训练,在测试集上的准确率达到98.23%,召回率达到98.80%.这表明:RNN可以实现对星系和恒星图像的精确分类,分类器给出的恒星-星系概率是有效的,可用于分类可靠度评估;还可以尝试将此分类器应用到未来巡天中,进一步测试其性能.

关键词：巡天深度学习分类恒星星系

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基于残差神经网络的星系-恒星分类器

北京师范大学学报(自然科学版) 2021年

作者：杨阳文中略夏俊卿北京师范大学天文系中国科学院国家天文台

随着各种巡天项目的不断开展，天文学进入了大数据时代。实现对于恒星-星系的准确分类，对天文学研究很有必要。斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey,SDSS）观测了大量的恒星和星系，对于有光谱数据SDSS提供的类别较为准确，对于没... 详细信息

随着各种巡天项目的不断开展，天文学进入了大数据时代。实现对于恒星-星系的准确分类，对天文学研究很有必要。斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey,SDSS）观测了大量的恒星和星系，对于有光谱数据SDSS提供的类别较为准确，对于没有光谱的数据，SDSS的标签存在一些错误分类。传统的恒星-星系分类器依赖于星表中的信息，这些信息需要从巡天图片中经过计算抽取出来。本文使用残差神经网络（residual neural network,ResNet）算法对SDSS提供的天体伪彩色图片进行分类，直接从图像中获得特征。使用带有光谱信息的星系和恒星图片作为训练集和测试集。经过训练，在测试集上的准确率可以达到98.23%，召回率可以达到98.80%，展示了残差神经网络可以实现对星系和恒星图像的精确分类。分类器给出的恒星-星系概率是有效的，概率值可用于对分类可靠程度评估。此分类器可以尝试应用到未来巡天中，进一步测试其性能。

关键词：巡天深度学习分类星系恒星