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近邻星系中恒星形成区及星族特性二维分布的研究

作　者: 林琳
导　师: 孔旭
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 天体物理
关键词: 近邻星系恒星形成 HⅡ区多波段观测星族合成尘埃消光星系演化
分类号: P15
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

星系有丰富的形态,常见的有椭圆星系、旋涡星系、和不规则星系,其中包含了恒星,星际介质如气体、尘埃,及暗物质成分。传统研究中将星系作为一个点源,获得一条光谱,但星系实际是一个延展的面源,不同区域性质各不相同。研究星系中物理性质的二维分布能为星系演化提供有效约束。本论文利用星系中多个恒星形成区光谱和星系多波段图像数据,结合星族合成方法,开展了近邻星系二维分布的研究。近邻星系是研究星系形成、结构和演化的理想研究对象,也为星系形成和演化理论提供了最丰富的观测约束。对近邻星系中HⅡ区的光谱观测已有多年历史。但以前的工作主要是对单个星系中少量几个HⅡ区的观测。我们提出了“近邻星系恒星形成区光谱观测研究”计划,开展了对20个近邻大星系中不同区域的多个恒星形成区的光谱观测。论文第二章中,我们对该课题的科学目标、选源判据、观测策略和观测情况进行了较为详细的描述。利用这些恒星形成区的光谱数据,结合多波段图像数据,可开展星系尘埃消光、恒星形成率、金属丰度和星族特性二维分布等方面的研究,加深对星系形成和演化物理过程的整体认识。在第二章第4节中,我们对其中一个星系NGC2403中HⅡ区进行了光谱分析。(1)我们首先考察了HⅡ区中心电离星团的有效温度,以及周围星际介质的电子密度。中心电离源的有效温度Teff～40000K。云团中的电子密度接近于低密度极限。(2)利用[NⅡ]/[OⅡ]vs.[OⅢ]／[OⅡ]发射线线比诊断图,我们区分了电离参数和金属丰度之间的简并关系。对于单个星系中的HⅡ区样本,电离参数有较宽的变化范围。不同的金属丰度定标指针与电离参数之间存在明显的相关关系。R23随电离参数的变化较不明显,因此是一个更好的指针。(3)使用R23经验的定标关系,我们可以得到星系中不同位置HⅡ区中的氧丰度,其径向梯度为-0.045±0.001dex.kpc-1。(4)最后,由EW(Hα)可以估计HⅡ区中的星族年龄为2.5-7Myr。论文第二部分介绍了我们利用紫外—光学一红外多波段数据对一个近邻的Scd型星系M101进行的空间可分辨研究。利用演化的星族合成模型,我们给出了星系中年龄、金属丰度、尘埃消光、恒星形成时标的二维分布图像及径向分布。(1)利用IRX-AFUV关系,我们引入了一个2级参数：恒星诞生率b,从而使IRX-AFUV关系可以应用于年老成分的星族。我们利用IRX-AFUV关系有效的降低了参数之间的简并。(2)M101整体的尘埃消光约0.24星等,并存在明显的径向趋势。我们对比了从恒星连续谱得到的恒星消光和从HⅡ区得到的气相消光。我们拟合了这一经验关系为AVstar=0.32(±0.01)AVneb+0.06(±0.01)。(3)我们得到M101中恒星金属丰度梯度为-0.011±0.006dex.kpc-1,比从HⅡ区得到的气相金属丰度更平一些。(4)我们发现不论从年龄或是颜色梯度都可以将M101中星系盘分成两个不同的成分。内盘年龄变化较陡,而外盘年龄分布较平。(5)我们认为真实星系中假设一种恒星形成时标过于简单,不同区域应当用不同的恒星形成时标来描述。对M101而言,恒星形成时标由内向外逐渐增大。在中心核球区域恒星形成时标更类似于椭圆星系,而在外盘区域恒星形成时标更类似于晚型的旋涡星系。通过以上星族特性分析,M101中的核球由年轻的、富尘埃的、金属富的星族成分主导,预示着有近期的恒星形成。具有恒星形成活动特征、转动速度高、速度弥散小、表面亮度轮廓类似于指数形式,都符合伪核球特征。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
目录  10-13
表格  13-14
插图  14-18
第一章绪论  18-42
  1.1 星系的主要组成成分  18-27
    1.1.1 恒星和星族合成  19-23
    1.1.2 星际介质中的气体  23-25
    1.1.3 尘埃吸收和辐射  25-27
  1.2 星系形成和演化  27-36
    1.2.1 椭圆星系  30-31
    1.2.2 旋涡星系  31-36
  1.3 近邻星系多波段观测  36-42
    1.3.1 紫外波段  36-37
    1.3.2 光学和近红外波段  37-38
    1.3.3 中远红外波段  38-39
    1.3.4 中性氢21cm辐射及CO分子气体发射  39-42
第二章近邻星系中HⅡ区光谱研究  42-66
  2.1 引言  42-43
  2.2 近邻星系样本选择  43-44
  2.3 观测与数据处理  44-55
    2.3.1 2.16观测及一维光谱抽取  44-46
    2.3.2 MMT观测及一维光谱抽取  46-47
    2.3.3 恒星吸收改正  47-48
    2.3.4 发射线测量  48-55
  2.4 HⅡ区光谱的物理性质  55-61
    2.4.1 恒星辐射场和电子密度  55-56
    2.4.2 丰度和电离参数  56-60
    2.4.3 HⅡ区的星族年龄  60-61
  2.5 讨论  61-63
  2.6 小结  63-66
第三章星系中星族特性的二维分布  66-92
  3.1 引言  66-67
  3.2 观测及数据处理  67-70
    3.2.1 BATC多色测光  67-68
    3.2.2 其他多波段数据  68-69
    3.2.3 在抽取SED之前的图像处理  69-70
  3.3 构造星族模型  70-71
  3.4 约束尘埃消光  71-73
  3.5 SED拟合方法及可靠性检验  73-80
    3.5.1 拟合方法  73-80
    3.5.2 可靠性检验  80
  3.6 星系中不同参数的二维分布  80-85
    3.6.1 IRX及消光分布  80-81
    3.6.2 金属丰度分布  81-83
    3.6.3 不同成分中的年龄  83-85
    3.6.4 恒星形成时标  85
  3.7 讨论  85-90
    3.7.1 梯度  85-89
    3.7.2 长期演化  89-90
  3.8 小结  90-92
第四章总结和展望  92-96
参考文献  96-108
附录A LAMOST巡天数据评估  108-114
  A.1 河外巡天的输入星表(来源于沈世银老师)  108-110
    A.1.1 先导巡天计划(PILOT)  108
    A.1.2 正式巡天计划(LEGAS)  108-110
  A.2 河外源的观测情况  110
  A.3 星系样本的初步分析  110-114
致谢  114-116
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果  116-117

近邻星系中恒星形成区及星族特性二维分布的研究

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