星系恒星形成歷史及特性演化研究.pdf

1、星系形成和演化是現(xiàn)代天文學非常重要但又復雜的一個研究領域。本論文利用自主觀測數(shù)據(jù)和天文歸檔數(shù)據(jù)開展了星系恒星形成歷史、星系質(zhì)量-金屬豐度關系隨紅移演化和星系結構演化等三個方面的研究。
　　論文的第一部分研究的是星系恒星形成歷史中非常重要的一個階段，恒星形成熄滅過程的時標和速率。前人的工作表明宇宙的恒星形成密度從紅移2開始下降。部分原因是恒星形成星系本身恒星形成率的緩慢下降，另外也由于部分恒星形成星系中的恒星形成活動熄滅造成。相比宇

2、宙恒星形成歷史，人們對星系恒星形成歷史，特別是恒星形成熄滅的相關性質(zhì)了解很少。例如，熄滅的時標是多長？多大比例的星系會經(jīng)歷這一過程？由于NUV的輻射由大質(zhì)量恒星主導，因而是很好的近期恒星形成活動的指針，對快速的熄滅過程也比較敏感。因此，為了解答這些問題，我們結合紫外和光學圖像巡天數(shù)據(jù)，利用星族合成模型來分析星系在NUV-u和u-i雙色圖中的分布。結果顯示，熄滅階段的時標為0.5 Gyr時模型和數(shù)據(jù)符合得最好。并且，從統(tǒng)計上來說，大部分星

3、系熄滅的時標范圍處在0.2-1 Gyr之間。另外，通過分析星系在NUV-u顏色空間的數(shù)密度分布，我們發(fā)現(xiàn)星系的熄滅速率在19％/Gyr-33％/Gyr之間。質(zhì)量越高的星系熄滅速率也越高。
　　論文的第二部分研究了星系的質(zhì)量-金屬豐度(MZ)關系。利用SDSS等數(shù)據(jù)，前人的研究工作發(fā)現(xiàn)紅移z～0.1的較大質(zhì)量的星系的質(zhì)量和金屬豐度有著很好的相關性，即MZ關系。MZ關系如何隨紅移演化？小質(zhì)量星系的MZ關系是否與大質(zhì)量星系一樣？星系MZ

4、關系存在彌散，彌散的物理起因是什么？為了研究這些問題，我們開展了兩個方面的工作。由于受到高紅移星系光譜觀測的困難，以前關于高紅移星系MZ關系的研究主要利用較小的樣本，結果誤差較大，并主要集中在高光度（質(zhì)量）星系。為了克服這一困難，利用Hα光度和面亮度，我們構建了一個包括近鄰宇宙700多個星系的萊曼躍變類似天體(Lyman BreakAnalogues，LBAs)樣本，開展了對這些星系的MZ關系研究。結果發(fā)現(xiàn)LBAs的MZ關系和紅移z=1

5、.4-1.7的星系相似，同時我們的工作將高紅移星系的MZ關系推到了更低質(zhì)量區(qū)間。研究還發(fā)現(xiàn)高紅移大質(zhì)量星系的MZ關系和低紅移星系相似，而高紅移小質(zhì)量星系的MZ關系與低紅移存在明顯的區(qū)別，同樣質(zhì)量時高紅移星系的金屬豐度低，該結果支持星系演化的downsizing效應。利用我們的LBA樣本，我們還研究了星系MZ關系彌散的起因，研究發(fā)現(xiàn)恒星形成率、塵埃消光和氣體質(zhì)量比不是導致MZ關系彌散的主要原因，而星系年齡，Dn(4000)，是引起MZ關系

6、彌散的重要原因。
　　為了研究低質(zhì)量星系的MZ關系隨紅移演化，利用COSMOS數(shù)據(jù)我們選取了一個z＜0.7的藍致密矮星系(Blue compact Dwarf galaxies，BCD)樣本。通過申請MMT望遠鏡觀測時間，利用MMT/Hectospec獲得了74個高質(zhì)量的紅移在[0.2，0.5]之間的藍致密矮星系光譜樣本。同時利用SDSS數(shù)據(jù)，我們構建了一個低紅移藍致密矮星系的樣本。對比兩個紅移不同的BCD樣本，我們發(fā)現(xiàn)低質(zhì)量星系

7、的R23線比在中等紅移更高而O32線比沒有明顯區(qū)別。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，低質(zhì)量星系的金屬豐度的紅移演化比較微弱。
　　論文的第三部分研究了矮星系的結構演化。基于深度的近紅外圖像數(shù)據(jù)，人們發(fā)現(xiàn)藍致密矮星系有年老星族的成分。作為宇宙中金屬豐度最低的星系，藍致密矮星系和其他矮星系的結構是否一致是不同矮星系之間演化關系是否存在的重要證據(jù)。由于近紅外輻射由年老星族主導，研究矮星系年老星族的結構需要極深的近紅外圖像數(shù)據(jù)。利用CANDELS巡天提

8、供的深場近紅外圖像數(shù)據(jù)，我們研究了34個藍致密矮星系樣本的年老星族結構。從HST的光學F435W和近紅外F160W圖像出發(fā)，抽取了樣本星系的面亮度分布，并用Sérsic成分擬合。其中F160W波段的面亮度達到～26 mag arcsec-2，是迄今藍致密矮星系最深的近紅外圖像。研究結果表明，在近紅外波段，藍致密矮星系的底盤結構和早型矮星系結構非常一致。所有的矮星系似乎遵循著共同的光度-半徑關系，說明不同矮星系的結構演化是統(tǒng)一的，并且從藍