高红移Lyman Break星系

总结了到目前为止用所谓 Lyman Break方法(亦称为UV drop 方法)观测得到的高红移(z≈3)Lyman break星系的观测特征,包括光度函数、半光度半径分布、空间密度及成团性、恒星速度弥散、超星风及大尺度气体团块运动和金属丰度等。还对其目前的理论工作做了综合介绍,对当前两种主要模型进行了评述并提出了作者的个人观点。

高红移类星体(Ⅰ):类星体的探测和证认

本文总结了用光学和其他波段探测类星体的技术上的进展。由于使用了自动识别过程和高速底片扫描设备等新技术,类星体的证认工作取得了巨大的进展,一批高红移类星体样品已经或即将完成,这些大面积、暗亮度的类星体样品将大大地促进我们对类星体空间分布性质的深入了解。

远在天边和近在眼前的天文学前沿——高红移星系和太阳系外行星

介绍了目前人类在探索遥远和近邻宇宙这两个前沿方向上的一些进展,主要涉及高红移星系,包括作为活动星系核的类星体和太阳系外行星的发现情况、研究方法、科学意义以及未来的计划和展望。

高红移类星体(Ⅱ):类星体空间密度的演化

本文总结了在研究类星体空间密度演化(以光度函数形式来表示)方面的成果。近年来发现了一批Z>4的类星体,这些高红移类星体使人们对早期宇宙中的大尺度结构演化和星系形成的理论模型提出了新的观点。对于Z<2.2的类星体光度函数可以用简单的纯光度演化模型来描述。近年来对于高红移类星体的巡天结果表明,在高红移范围内,亮类星体(M_B<-26)的空间密度有明显的降低。

EGS场中高红移极亮红外星系的形态与结构

通过利用CANDELS-EGS(Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey-Extended Groth Strip)场中HST WFC3(Hubble Space Telescope Wide Field Camera 3)F160W高分辨率的观测图像,研究了9个光谱红极亮红外星系的形态结构特征.发现这些星系的形态表现出多样性(从椭圆到多个亮核或弥散的结构),如:双核,气体桥,双不对称体,不规则或椭圆结构.为了定量地研究这些极亮红外星系的形态,测量了它们在静止光学波段的形态参数(基尼系数G和矩指数M20).与近邻极亮红外星系相比,高红移极亮红外星系的G偏小而M20偏大,表明这些星系的星族分布聚集度小且不对称性大.基于对样本中极亮红外星系2维面亮度轮廓的拟合,得到这些星系的有效半径分布在2.4 kpc到5.8 kpc之间,其平均值是(3.9±1.1)kpc.相比较于近邻相似质量的恒星形成星系来说,高红移极亮红外星系的平均大小要小1到2倍.在类似红移和红外光度条件下,得出的这些结果也与其它文献中给出的结论相一致.

COSMOS场中高红移大质量星系的形态分类研究

基于COSMOS(Cosmic Evolution Survey)天区的多波段测光数据和HST(Hubble Space Telescope)近红外高分辨率观测图像,利用质量限(恒星质量M*≥1010.5M⊙)选取了362个红移分布在1≤z≤3的星系样本,并对这些大质量星系的形态特征进行了分类研究.来自UVJ(U-V和V-J)双色图分类系统、目视分类系统、非模型化分类系统(基尼系数G和矩指数M20)和模型化分类系统(S′ersic index,n)的分类结果彼此相一致.相比较于恒星形成星系(SFGs),通过UVJ双色图定义的宁静星系(QGs)表现出致密的椭圆结构,而且G和n值偏大,但M20和星系有效半径(re)偏小.不同星系分类系统(双色图分类系统、非模型化分类系统和模型化分类系统)定义的SFGs和QGs样本,都明显存在星系的大小随红移的演化关系,这种演化趋势QGs比SFGs更剧烈,而且不依赖于星系分类方法的选择.

高红移星系的选取与物理性质研究

大质量、高红移、强成团等特征表明，红移z-1．0的极红天体（EROs）和红移z-2．0的BzKs星系有町能是邻近大质量早型星系的前身星系，对这些星系的研究能为星系形成和演化模型提供观测L的约束．在研究EROs的物理特性，进而研究星系的形成和演化之前，我们必须对EROs样本中DGs（young，dusty starburst galaxies）和OGs（old galaxies）进行有效分类，

高红移射电星系的研究进展

本文介绍了高红移射电星系近年来的研究进展。新的天文观测手段和技术方法的发展，导致了一批高红移射电星系的发现。多波段的联合研究，揭示出高红移射电星系光学／红外辐射与射电结构之间的成协现象。开展这些亮而远的射电星系研究有助于我们了解早期宇宙的演化以及星系活动的内在原因。

CANDELS场中高红移大质量星系的形态结构性质

基于CANDELS(Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey)5个深场巡天的多波段测光数据和HST WFC3(Hubble Space Telescope Wide Field Camera 3)近红外(F125W和F160W)高分辨率观测图像,利用质量限(恒星质量M_*>10^(10)M_⊙)选取了8002个红移分布在1<z<3范围内的星系样本,并对这些大质量星系的形态和结构性质进行了定量分析研究.通过星系形态的神经网络分类方法(Conv Nets),将样本中的星系划分为4类:椭球星系(SPHeroids,SPH)、早型盘星系(Early-Type Disks,ETD)、晚型盘星系(Late-Type Disks,LTD)和不规则星系(IRRegulars,IRR).结果发现星系的形态和结构随红移发生演化,在高红移宇宙星系主要表现出不规则形态,但到低红移处椭球和盘主导的哈勃星系形态序列已经形成.在相同红移区间内,不同类型星系的物理尺寸(r_e)中值从大到小的排序是IRR、LTD、ETD和SPH,而对应的Sersic指数(n)中值大小排序却相反.另外,不同类型星系的re与红移之间存在明显的演化关系,但这样的现象在平均轴比(b/a)和Sersic指数与红移的关系中并没有被发现.

高红移大质量星系的形成与演化

星系形成及演化一直是天体物理研究中最重要的领域之一．近10yr来星系形成及演化的研究取得了突破性进展，主要包括：（1）近邻星系在颜色一星等图上呈现双峰分布，早型星系普遍颜色较红，而晚型星系颜色偏蓝；并且近邻宇宙红星系的总质量相对于红移Z=1时至少增长了1倍，意味着存在蓝星系到红星系的转化过程．这一转化过程是如何发生的成为现代星系形成演化领域最重要的问题之一；（2）星系中心超大质量黑洞质量跟核球质量有很强的相关，意味着黑洞演化跟星系演化有着紧密的关系．

高红移低光度活动星系核的研究进展

低光度活动星系核(Low-Luminosity AGN,简称为LLAGN)指比斯隆数字化巡天第三期SDSS-III/BOSS类星体(quasar,QSO)暗大约1~2 mag的活动星系核,如g波段探测极限达到23~24 AB mag,约对应M_g[z=3]≈-24^-23 mag。现有的高红移巡天中包含的LLAGN样本还比较有限。从测光巡天和光谱巡天两方面总结已经开展的包含高红移(z≈3)LLAGN样本的深场星系巡天项目,并简单介绍一个刚刚开展的HETDEX巡天项目(该巡天项目将观测到约10~4个I型LLAGN,其z≈3,g<24 mag)。从光度函数、成团性以及爱丁顿吸积率等方面对目前高红移LLAGN的研究进行了总结。由于高红移AGN成团性的研究较为有限,为了更好地解释成团性研究的科学意义,也对低红移AGN在成团性方面的研究进行了介绍。

高红移恒星形成星系的研究

星系是组成宇宙的基石,其形成与演化是天体物理研究的重要内容.星系中的恒星形成活动是星系成长和演化的主要驱动力之一.已有的星系巡天给出比较一致的宇宙恒星形成历史:宇宙的恒星形成密度从高红移一直增加到红移z^2,随后按指数率下降直到z=0.系统地研究宇宙恒星形成峰值时期恒星形成星系的性质对我们理解并限制星系形成与演化的理论模型至关重要.

高红移亚毫米星系中星际介质的物理状态

随着亚毫米波望远镜的发展,利用这些新的探测设备,人们在亚毫米波段发现了一类高红移且富含尘埃的星系,将其称为亚毫米星系.这类星系的发现革新了我们对星系的演化以及极端条件下的恒星形成过程的认知.这些亚毫米星系是宇宙中最强的星暴星系,其中的恒星形成过程产生的能量接近爱丁顿极限.人们普遍认为这类星系正是近邻宇宙中那些大质量星系的前身天体.但是,很难解释其在高红移为何具有较高的数密度.它们其中非常少的一部分会被处于视线方向上的大质量星系通过引力透镜作用放大变亮.尽管这类处于引力透镜系统中的亚毫米星系十分稀少,但近来人们通过大视场河外巡天,发现了上百个此类天体,这为我们研究高红移亚毫米星系中的星际介质提供了一个令人振奋的新途径.

CANDELS场中高红移盘星系的等光强轮廓性质

星系的等光强轮廓性质与其结构性质紧密相关。因此研究星系的等光强轮廓及其演化,可为探索星系的结构演化提供有用线索。描述星系等光强轮廓的参数主要是星系的椭率(ε)和A4(傅里叶展开第四阶的余弦项系数)。研究星系的ε和A_4的径向分布有助于区分星系内部不同的结构成分(如盘、核球及恒星晕等)。在本项研究中,我们利用核球和盘的二维分解技术,从CANDELS五个场中选出一个高红移(0.5<z<1.5)盘主导的恒星形成星系样本,以检验盘成分对星系等光强轮廓的影响。通过对比不同倾角的盘星系的ε和A_4的径向分布,我们证实了恒星形成星系的中间区域呈现"恒星盘"的特性。

CANDELS场中高红移宁静星系的半径——恒星质量关系

星系的大小(如半光半径)与其恒星质量紧密相关。已有研究表明:在红移z=0-3范围内,大质量宁静星系的半径-恒星质量关系随红移显著演化,且其半径随恒星质量增长显著增加。在本研究中,我们从CANDELS巡天的5个场中选取了一个红移z=0.5-1.5的星系大样本。我们利用UVJ双色图和比恒星形成率-恒星质量关系,分别选取了宁静星系样本,对宁静星系的半径-恒星质量的关系重新进行了研究。我们的研究结果表明:大质量(M*>～2×10^(10)M_☉)宁静星系具有很陡的半径—恒星质量关系,而小质量(M*<～2×10^(10)M_☉)宁静星系则具有相对扁平的半径-恒星质量关系。这些研究结果说明大质量宁静星系的大小随其恒星质量增长显著增加,而小质量的宁静星系大小随其恒星质量增长演化缓慢。

探索极高红移,重返宇宙黎明

宇宙大爆炸后星系和恒星的诞生与演化,一直是天文学家积极探寻的谜题。如今,借助JWST的先进探测技术,我们对再电离时期有了更深刻地理解。极高红移星系、第一代恒星、原初星系团……跟随JWST回望过去,一探宇宙黎明的模样。

高红移类星体数据对相互作用暗能量的观测限制

基于对120颗中等光度射电类星体(QSO)中致密结构的VLBI观测结果(0.46<z<2.76),结合Ia型超新星(SNIa)数据、2018年微波背景辐射(CMB)数据及重子声学振荡(BAO)数据,我们对一种相互作用模型(ξIDE)进行了精确观测检验,并期望对"巧合性"问题进行定量分析.我们用不同红移段的QSO子样本(120颗QSO、70颗低红移QSO、50颗高红移QSO)与SNIa的联合限制模型参数,结果显示如下.(1)由三种组合给出的(ξ,ω)参数值可知宇宙学巧合性问题仍然没有被缓解,ΛCDM仍然是与该观测符合最好的模型.(2)相较于单独使用SNIa数据作为宇宙学标准烛光,高红移的标准直尺QSO数据加入到SNIa里(SNIa+QSO)可以将相互作用暗能量模型参数限制得更紧密,从而进一步证实了中等亮度类星体作为标准直尺应用到宇宙学研究中的潜力.(3)SNIa与SNIa+QSO(低红移)之间不存在冲突问题.(4)在CMB+BAO+SNIa中引入射电类星体数据(CMB+BAO+SNIa+QSO),我们得到的哈勃常数最佳拟合值与SNIa+QSO及CMB+BAO+SNIa给出的结果在2σ误差范围内保持一致,并且进一步缓解了超新星与Planck2018给出的H0存在的冲突问题.

高红移爆发源作为早期宇宙和第一代天体的探针

伽玛暴是宇宙中最为明亮的爆发现象,由于它们的高光度,人们可探测到发生在极早期宇宙处的伽玛暴.高红移伽玛暴可作为宇宙深处的灯塔,它们是探索早期宇宙性质的理想工具.利用高红移伽玛暴可以限制暗能量和宇宙学参数,测量高红移的恒星形成率,揭示第一代天体的性质,研究宇宙再电离和金属增丰历史.因此,高红移伽玛暴的观测具有重要的科学意义.相比目前的探测卫星,爱因斯坦探针(EP)拥有更高的灵敏度和更宽的观测视场,且主要观测能段为软X射线波段(0.5–4 keV),非常适合高红移伽玛暴的观测.考虑EP的能力和观测模式,并且借助能够很好解释目前Swift卫星的伽玛暴观测样本的理论模型,详细计算了未来EP对高红移伽玛暴的可能探测率.我们预测EP对z>6伽玛暴的探测率约为20 events yr^(-1) sr^(-1),对z>8伽玛暴的探测率约为6 events yr^(-1) sr^(-1),对z>12伽玛暴的探测率约为1 events yr^(-1) sr^(-1).估计在3年的运行时间内,EP将能探测到约65个z>6的伽玛暴,其中包括~20个z>8的伽玛暴和~3个z>12的伽玛暴.总之,EP有望显著提高高红移伽玛暴的观测能力,这些丰富的观测信息将很有可能揭开早期宇宙的部分科学谜团.

高红移类星体的观测

在宇宙大爆炸后10亿年以内的高红移(红移大于6)类星体为我们研究早期宇宙提供了重要的探针,这也使得对高红移类星体的观测研究成为星系宇宙学前沿研究领域的一大热点.本文对高红移类星体观测研究的重要性及其宇宙学意义,利用光学和近红外波段的观测发现早期宇宙中光度最高和中心黑洞质量最大的高红移类星体,以及利用亚毫米、毫米和射电波段观测对高红移类星体寄主星系所开展的研究等进行了较全面地总结,并对这一领域未来的研究前景与挑战进行了展望.

高红移Lyα发射线星系观测研究

高红移Lyα发射线星系的研究是理解宇宙恒星形成历史和早期星系形成的关键.作为高红移宇宙的重要组成部分,Lyα发射线星系是研究星系形成、宇宙恒星形成和结构形成历史以及宇宙再电离时期的重要探针.近20年随着8–10 m级地面望远镜和红外设备的发展,利用窄带测光技术和光谱观测,人们对Lyα发射线星系的研究取得了巨大进展.本文主要介绍由窄带测光技术选取的红移2以上的Lyα发射线星系的成团性质、恒星星族和发射线星云性质、恒星形成性质、紫外连续谱和Lyα发射线形态,与莱曼断裂星系的关系,对宇宙恒星形成率密度的贡献,以及极高红移Lyα发射线星系对宇宙再电离时期的限制等方面的研究进展.