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尘埃遮蔽的Starburst-AGN复合星系的能谱研究

作　者: 韩云坤
导　师: 韩占文
学　校: 中国科学院研究生院（云南天文台）
专　业: 天体物理
关键词: 星系形成—星系演化—星系星际介质—星系星暴—星系活动—辐射转移—方法数据分析
分类号: P152
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

由于激烈的恒星形成活动和超大质量黑洞的吸积活动耦合在一起同时进行,尘埃遮蔽的Starburst-AGN复合星系代表了星系的形成和演化过程中的一个重要阶段,并且是认识Starburst-AGN联系的理想实验室。能谱分布(SEDs)蕴含了关于这类有趣的天体中恒星形成、星族和AGN活动等方面的丰富信息。然而,通过能谱的分析来有效地提取这些物理信息在目前仍然是一个非常困难的问题。本文首先从星系能谱分布的基本概念、多波段能谱的观测、星系能谱分布的理论模型、星系能谱分布的分析(或拟合)方法等方面对此研究领域做了系统性的介绍。之后,本文重点介绍了我们在这个领域内所做的一些工作。AGN的光度函数是帮助人们认识AGN活动及其演化的一个重要的可观测量。在实践中,AGN光度函数的测量需要相互独立且各自都存在一定局限性的不同波段的观测。为了准确地测量AGN的光度函数,我们需要结合多波段的观测以得出一个自洽的结果。有鉴于此,基于一个改进的AGN能谱模型,我们给出了AGN的硬X-ray光度函数和IR光度函数的一个详细的比较。我们发现,从硬X-ray光度函数出发而利用AGN能谱得出的相应IR光度函数倾向于低估高IR光度的AGN的数量。这种低估的情况独立于AGN的硬X-ray光度函数的选择,并且对最新的硬X-ray光度函数还更加明显。我们表明,在观测上独立获得的AGN的硬X-ray光度函数和IR光度函数之间的这种不一致可以通过在AGN的能谱模型中适当考虑进UV到X-ray的斜率αox与UV光度LUV之间的反相关而在很大程度上得到解决。另外,我们也讨论了以上的这种不一致的其它可能解释,例如在现有的X-ray观测中遗漏的大量康普顿厚的AGN、寄主星系中恒星形成过程对mid-IR的贡献等。与此同时,我们发现,如果假设Quasars(?)(?)Seyferts这两类不同的AGN周围的遮蔽介质按不同的方式分布和演化,那么AGN的硬X-ray光度函数和IR光度函数之间将更加一致。这个结果与人们普遍接受的认为这两类AGN的机制存在根本的不同的观点相一致。尘埃遮蔽的Starburst-AGN复合星系比AGN更加复杂,而其多波段能谱也更加复杂、更加难以分析。为了能更好地认识这些复杂的星系,我们组建了BayeSED一套能利用各种能谱模型或者它们的线性叠加来对星系的能谱进行详细的贝叶斯分析的程序。其中,人工神经网络、主成分分析、和多峰嵌套采样等方法的采用使得能谱的贝叶斯分析更加高效。作为一个示范,我们将此程序应用于对一个超高光度红外星系样本进行详细的贝叶斯能谱分析,包括贝叶斯模型比较和参数估计。通过利用贝叶斯证据值来对纯Starburst.纯AGN以及两者的线性叠力(?)Starburst+AGN三种模型进行比较,我们发现,对此样本中的星系而言,Starburst+AGN模型总是具有最高的可能性。根据计算得出的不同模型的贝叶斯证据值以及估计的Starburst成分和AGN成分的红外光度,我们发现此超高光度红外星系样本中的星系因其主导能源的不同而分为A类和B类。另外,通过对这两类星系的其它Starburst参数和AGN参数作的一些简单的统计相关性分析,我们发现,A类星系中AGN周围的尘埃环中尘埃含量要比相应B类中的尘埃含量更高一些,而B类星系中Starburst区的OB型星比例更高并且分布在更大的尺度上。这些结果是与人们当前的星系通过并和而形成和演化的整体图景相一致的。总而言之,初步的应用表明,我们的BayeSED程序给出的结果是合理的。因此,它可以成为一个可靠而又高效的工具,能通过对能谱的详细分析来帮助人们认识像尘埃遮蔽的Starburst-AGN复合星系这样复杂的系统。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-17
第一章引言  17-23
  1.1 星系基础  17-20
  1.2 星系的电磁辐射  20-21
  1.3 星系的积分能谱分布和能谱拟合  21-22
  1.4 本论文的主要内容  22-23
第二章星系的多波段能谱观测  23-31
  2.1 天文观测  23-27
    2.1.1 测光观测  23-26
    2.1.2 分光观测  26-27
  2.2 能谱的响应曲线和分辨率  27-28
  2.3 空间分辨率、孔径偏差和匹配问题  28-29
  2.4 小结  29-31
第三章星系的能谱模型  31-59
  3.1 星族  31-32
  3.2 演化星族合成方法  32-36
  3.3 星际介质对星光的重处理  36-41
    3.3.1 星际气体  36-37
    3.3.2 星际尘埃  37-39
    3.3.3 紫外到红外的自洽能谱模型  39-41
  3.4 AGN的能谱模型  41-54
    3.4.1 一个简单的AGN尘埃环能谱模型  42-53
    3.4.2 分块性尘埃环能谱模型  53-54
  3.5 小结  54-59
第四章利用能谱连接AGN的X-ray和IR光度函数  59-79
  4.1 AGN的硬X-ray光度函数及其演化  60-63
  4.2 连接AGN的X-ray和IR光度函数：方法  63-64
  4.3 连接AGN的X-ray和IR光度函数：结果  64-68
    4.3.1 AGN的IR光度函数  65-66
    4.3.2 Ⅰ型AGN和Ⅱ型AGN的IR光度函数  66-68
  4.4 连接AGN的X-ray和IR光度函数：讨论  68-71
  4.5 小结  71-79
第五章星系能谱的贝叶斯分析：理论和程序  79-107
  5.1 星系的能谱分析简介  79-81
  5.2 贝叶斯方法  81-94
    5.2.1 历史简介及其重要性  81-83
    5.2.2 贝叶斯概率理论  83-91
    5.2.3 数值化贝叶斯分析方法  91-94
  5.3 主成分分析  94-97
  5.4 人工神经网络  97-102
  5.5 BayeSED：一个通用型贝叶斯能谱分析程序  102-105
  5.6 小结  105-107
第六章星系能谱的贝叶斯分析：应用  107-119
  6.1 一个超高光度红外星系样本  107-108
  6.2 能谱模型和先验假设  108-109
  6.3 贝叶斯模型比较  109-111
  6.4 贝叶斯参数估计  111-113
  6.5 Starburst和AGN参数之间的统计关系  113-115
  6.6 小结  115-119
第七章结论与展望  119-123
参考文献  123-154
发表文章目录  154-155
简历  155-156
致谢  156

尘埃遮蔽的Starburst-AGN复合星系的能谱研究

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