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近邻宇宙中矮星系的中性氢研究

近邻宇宙中矮星系的中性氢研究

作者：司晨智河北师范大学

学位级别：硕士

矮星系作为光度最弱的一类星系,其特点为小尺度、低光度,通常有几千到几十亿颗恒星。宇宙中绝大多数的星系都是矮星系,并且经常作为卫星星系存在,围绕着大型星系。根据层次结构形成理论,较大的星系是在其形成过程中由较小的星系合并而成... 详细信息

矮星系作为光度最弱的一类星系,其特点为小尺度、低光度,通常有几千到几十亿颗恒星。宇宙中绝大多数的星系都是矮星系,并且经常作为卫星星系存在,围绕着大型星系。根据层次结构形成理论,较大的星系是在其形成过程中由较小的星系合并而成的,因此了解矮星系是解开星系形成和演化之谜的重要组成部分。而星系的HI含量是研究星系演化的一个重要参数。例如,在多种气体去除机制的影响下,在星系团等高密度区域的富气体晚型星系可以随着时间的推移转化为缺乏气体的星系。大多数距离银河系或M31超过270 kpc的卫星星系都探测到了HI气体,而在这个距离内的大多数卫星星系没有探测到HI气体。这些气体去除机制包括:合并和潮汐间的相互作用,冲压剥离等效果。因此矮星系的气体在不同环境中会受到不同程度的影响,尤其是在与主星系的距离梯度上会表现出明显的环境依赖性。矮星系的气体含量为研究宇宙中星系的形成和演化提供了一个很好的研究方向,同时也为了解一些基本的宇宙学问题提供思路,包括暗物质的性质,观测到的本星系群矮星系数量与ΛCDM预测的数量之间的分歧,以及银河系环境中观测到的重子物质与理论预测之间的差异。本文通过对矮星系的中性氢（HI）含量的研究来探讨这些问题。我们选取了一批中性氢吸收体和射电暴的谱线观测数据,共计58个观测,所有数据来源于我国新建成的FAST望远镜,FAST是目前世界上灵敏度最高的单口径望远镜,为我们探测高红移的中性氢信号提供了可能性。希望利用FAST高灵敏度、高分辨率的特性,通过探测HI信号来寻找一些矮星系,尤其是高红移的星系和暗星系。本文探测矮星系中性氢的方法是通过二阶多项式和FFT来拟合并扣除谱线的基线,然后建立一个HI发射线的模型,以6σ为标准对谱线进行搜索,将所有超过6σ标准的发射线频段筛选出来,作为HI信号候选体,之后与光学的GSWLC星表进行交叉,通过坐标和红移信息来认证信号来源是否为星系。通过上述方法,我们总共找到了9个HI信号候选体。最终确定为星系的中性氢信号有7个,其中5个与Arecibo的ALFALFA巡天交叉认证到,并且流量误差基本都在5%以内,这一结果验证了数据处理方法的可靠性。此外,对另外两个矮星系计算了其流量和HI质量。而样本中剩余的其他2个HI信号候选体,目前并未找到光学对应体,这些发射线信号究竟是是来自矮星系或者暗星系,还是来自一些射频干扰,还需要进一步确认。除此之外,也对新发现的矮星系COSMOS-dw1和Pisces VII也进行了观测,其中COSMOS-dw1测到了HI信号,测得HI流量Flux=0.0445 Jy km/s,质量为=5.031*10～6。Pisces VII没有观测到信号,只给出了HI质量上限4)8))=1.67×10～6 M。并且Pisces VII距离它的主星系M33只有72 kpc,也验证了越靠近主星系越是缺少中性氢气体这一观点。在筛选的样本中还存在一些流量峰值很低,红移很高的矮星系候选体,如果可以认证这些辐射来自星系的话,那么通过HI信号寻找矮星系的方法就是十分可行的。在将来的工作中,还需要对未找到光学对应体的候选体进一步认证,比如成图或深度光学探测,以排除RFI的干扰。希望可以发现一些在光学波段十分微弱的矮星系,不断扩充矮星系样本,对研究星系演化以及冷暗物质模型提供一些帮助。

关键词：矮星系中性氢 FAST望远镜星系演化星系相互作用

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奇异矮星系:暗物质迷失?

科学通报 2020年第5期65卷 325-326页

作者：郭琦中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049 中国科学院国家天文台北京100101

宇宙的起源是什么?其主要成分是什么?宇宙是如何演化到今天丰富的结构的?这都是现代宇宙学需要回答的问题.最近几十年时间里,现代宇宙学取得了令人瞩目的成就,奠定了标准宇宙学模型的基础.在标准宇宙学模型下,宇宙主要由暗物质和暗能量... 详细信息

宇宙的起源是什么?其主要成分是什么?宇宙是如何演化到今天丰富的结构的?这都是现代宇宙学需要回答的问题.最近几十年时间里,现代宇宙学取得了令人瞩目的成就,奠定了标准宇宙学模型的基础.在标准宇宙学模型下,宇宙主要由暗物质和暗能量组成,我们熟悉的重子物质只占宇宙总比例的4.7%[1].这一标准模型成功地解释了跨越宇宙学时标和尺度的众多观测现象,包括红移1000左右的宇宙微波背景观测、星系的大尺度成团性、弱引力透镜测量的宇宙剪切,以及由赖曼-阿尔法森林示踪的小尺度功率谱等.

关键词：宇宙微波背景暗物质宇宙学模型暗能量引力透镜矮星系阿尔法功率谱

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搜寻“消失”的矮星系

天文爱好者 2023年第12期 30-34页

作者：王凯翔不详

星系和星团的分界线长期以来,星系(galaxy)和星团(starcluster)被认为是截然不同的两类天体。星系在暗物质晕中诞生成长,有较为复杂的恒星形成历史,是由大量恒星、气体、尘埃和暗物质等物质组成的天体系统,往往有着庞大的结构.

关键词：恒星形成暗物质星团矮星系天体系统分界线尘埃

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矮星系的中性氢研究

矮星系的中性氢研究

作者：李竞河北师范大学

学位级别：硕士

冷暗物质模型被认为是现在宇宙学研究中的一个“标准模型”,在大尺度范围内,该模型得到了完美的验证。而在小尺度方面,该模型至少存在三个问题:(1)子结构数目问题(missing satellites problem),银河系中观测到的矮星系的数目远远低于数... 详细信息

冷暗物质模型被认为是现在宇宙学研究中的一个“标准模型”,在大尺度范围内,该模型得到了完美的验证。而在小尺度方面,该模型至少存在三个问题:(1)子结构数目问题(missing satellites problem),银河系中观测到的矮星系的数目远远低于数值模拟预言的数目;(2)卫星星系质量问题(too big too fail problem),观测上得到的大质量的卫星系数目小于数值模拟预言值。(3)银河系和M31星系的卫星星系空间分布的非均匀性。解决前两个问题的一种可能是从观测上探测到更多的矮星系。FAST望远镜是现今世界上口径最大的单口径望远镜,FAST望远镜的投入使用可以增强人类对于矮星系的探测能力。本文利用一个先进的高分辨率数值模拟方法:APOSTLE-HR4模拟,模拟了FAST望远镜针对本星系群的巡天研究。模型计算给出了模拟巡天中本星系群矮星系的谱线展宽、中性氢的流量强度、FAST望远镜观测每个矮星系所需的最小观测积分时间以及FAST可探测到的本星系群中的矮星系的数目。在我们模拟巡天的结果中,FAST望远镜观测积分时间达到40分钟时即可探测到全部中性氢质量大于105M⊙的矮星系。由于矮星系本身与环境的依赖性以及矮星系的形成机制尚不十分清楚,本文的第二个工作利用SDSS-DR7巡天的星系群和ALFALFA巡天的交叉样本来研究星系中的中性氢的分布对环境的依赖性。我们将Arecibo巡天得到的星系样本与SDSS7-DR7巡天得到的星系样本进行交叉认证,对认证后的矮星系进行研究。研究了含有中性氢的矮星系在星系群中的分布情况,发现含有中性氢的矮星系在SDSS巡天中大多数为场星系。非场星系的矮星系大多数是卫星星系,只有很少量的矮星系是星系群中心星系,并且每个星系群中的有中性氢观测资料的矮星系一般不超过2个。进一步对不同颜色的矮星系中的中性氢性质进行了统计研究。研究发现蓝色矮星系平均的中性氢含量相对于红色矮星系更多,这说明了在中性氢丰富的矮星系中有更多的年轻恒星形成。蓝色星系的中性氢分布相对于红色矮星系更接近于星系群中心。本文所研究的内容涉及宇宙演化与星系形成研究的前沿,希望本文的研究能够对解决冷物质模型中的小尺度问题以及矮星系的形成提供一些帮助。

关键词：矮星系中性氢数值模拟本星系群 FAST望远镜 ALFALFA巡天

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热不稳定性与球状星团的矮星系并合形成模型

中国科学（A辑） 1991年第11期22卷 1199-1206页

作者：马駬陈时俞允强中国科学院北京天文台北京100080 中国科学院理论物理研究所北京100080 北京大学物理系北京100871

本文在冷暗物质星系偏袒形成机制的框架下,提出了一个可能的球状星团形成模型。在此模型中,原星系尺度内迭加的小尺度扰动将先期形成矮星系,它们的星际介质具有多相并存的性质,其热稳定且引力临界稳定的温相(10~4K)云体可能是球状星团... 详细信息

本文在冷暗物质星系偏袒形成机制的框架下,提出了一个可能的球状星团形成模型。在此模型中,原星系尺度内迭加的小尺度扰动将先期形成矮星系,它们的星际介质具有多相并存的性质,其热稳定且引力临界稳定的温相(10~4K)云体可能是球状星团的前身,具有适当的质量、适量的金属丰度和金属丰度(氵弥)散度。在原星系Virial化过程中这些矮星系将获得动能,从而发生矮星系间的碰撞。作为强烈的外部扰动,这种碰撞过程将激发温云的热不稳定性,使其快速冷却,并进而激发其引力不稳定性,最终使其完成向球状星团的转化。

关键词：球状星团矮星系热不稳定性

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暗蓝星系计数与星暴矮星系族

天体物理学报 1995年第3期15卷 197-204页

作者：陈时马駬俞允强中国科学院理论物理研究所中国科学院北京天文台北京大学物理系

本文采用演化星族综合方法，讨论了在低红移因短时间星暴过程而变亮的矮星系族。指出，它们的存在能够与目前暗星系计数和红移巡天结果相容，作为一个附加的星系族，它们较易演化为低面光度的星系而在邻域中探测不到，因此是解释暗星系... 详细信息

本文采用演化星族综合方法，讨论了在低红移因短时间星暴过程而变亮的矮星系族。指出，它们的存在能够与目前暗星系计数和红移巡天结果相容，作为一个附加的星系族，它们较易演化为低面光度的星系而在邻域中探测不到，因此是解释暗星系计数和红移巡天结果的适当候选天体，值得对它们作进一步的研究。

关键词：矮星系星系计数星系红移星暴暗蓝星

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天炉座矮星系贫金属星元素丰度分解

天炉座矮星系贫金属星元素丰度分解

作者：杨彰一鸣河北科技大学

学位级别：硕士

本文通过对观测数据的拟合计算分解了天炉座矮椭球星系3个球状星团中贫金属星的元素丰度。作为对比,我们分别分解了球状星团NGC 5824的贫金属星和网罟座Ⅱ中的r-过程贫金属星的丰度。天炉座矮星系球状星团中贫金属星的元素丰度分解为主... 详细信息

本文通过对观测数据的拟合计算分解了天炉座矮椭球星系3个球状星团中贫金属星的元素丰度。作为对比,我们分别分解了球状星团NGC 5824的贫金属星和网罟座Ⅱ中的r-过程贫金属星的丰度。天炉座矮星系球状星团中贫金属星的元素丰度分解为主要r-过程分量、弱r-过程分量和p-分量三个分量,球状星团NGC 5824中大部分贫金属星的元素丰度可以分解为主要r-过程分量、弱r-过程分量和p-分量,其中有两颗星中有主要s-过程分量丰度。网罟座Ⅱ中贫金属星分解为主要r-过程分量、弱r-过程分量和p-分量三个分量。对于天炉座矮椭球星系球状星团C11、C12,在同一个球状星团中恒星的相应的分量系数相差不大,可以看出星与星之间各分量的贡献很接近,同一星团内恒星元素应该没有受到星团内部元素增丰的污染。C13的3颗星的丰度分布有一些差异。超大质量星对NGC 5824的贡献比对天炉座球状星团的贡献要大,这说明在星系形成早期超大质量星对银河系球状星团的相对贡献比对天炉座矮星系球状星团要高。主要r-过程对网罟座Ⅱ的贡献明显高于对天炉座星团的贡献。

关键词：矮星系球状星团元素丰度快中子俘获过程

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矮星系和恒星突增

科学 2000年第9期52卷 32-37页

作者： SaraC.Beck 曹书朝郭凯声物理学博士特拉维夫大学物理和天文学学院资深讲师不详

离地球大约1200万光年有一个大的，美丽的旋涡星系，名叫M83。这个星系的图象出现在许多天文学海报和有关书籍的护套封面上。仔细观察这些图片，你可以注意到，在M83的旁边不远有一个大致呈椭圆形状的小星云。这就是矮星系NGC5253。一... 详细信息

离地球大约1200万光年有一个大的，美丽的旋涡星系，名叫M83。这个星系的图象出现在许多天文学海报和有关书籍的护套封面上。仔细观察这些图片，你可以注意到，在M83的旁边不远有一个大致呈椭圆形状的小星云。这就是矮星系NGC5253。一般的观察者可能认为它是M83无关紧要的一个相伴星系，但你可能被欺骗了。

关键词：天文学矮星系恒星突增相伴星系星系合并

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矮星系谜团——失踪的暗物质

中国国家天文 2019年第12期13卷 42-49页

作者：郑征郭琦廖世鸿胡慧杰中国科学院国家天文台

最近,以国家天文台郭琦为首的一个研究团队发现了一批几乎没有暗物质的矮星系,这项发表在《自然·天文》杂志上的成桌引起了很多天文学家的关注。那么什么是暗物质?为什么没有暗物质的矮星系会引起如此大的反响?本文将为你一一解答。

关键词：暗物质国家天文台矮星系天文学家