郭守敬望遠鏡巡天數據助力星系對研究

文章來源:上海天文台  |  發布時間:2019-06-14  |  【打印】 【關閉

  

  星系是宇宙中的基本结构单元。在由基本宇宙学参数决定的宇宙整体演化基础上,星系自身也经历着复杂的形成和演化过程。其中,星系和星系之间的并合是星系演化过程中所经历的复杂途径之一。近日,综合使用国际合作的斯隆数字巡天(SDSS)和我国郭守敬望远镜(LAMOST)光谱巡天的观测数据,上海天文台沈世银研究员领导的科研团组首次精确地测量了一批近距离星系对的二元光度函数,一定程度上揭示了本地宇宙中星系是如何成双成对的。目前,该工作已被国际学术期刊《天体物理杂志》(Astrophysics Journal)接收。

  當兩個星系成雙成對之後,它們兩者之間首先會上演一出精彩的雙人華爾茲,直到最終合二爲一(參見圖1)。星系和星系之間的雙人舞是是如何開始、如何進行、最終又將如何結束呢?這些基本而又複雜的問題是目前星系演化研究領域的熱點之一。

  

   1. 著名的相互作用星系對M51。其由大的星系爲M51a(右),小的爲M51b(左)。 

  隨著計算機科學的發展,天文學家利用數值計算的方法對星系並合過程中發生的物理過程進行了模擬(參見https://vimeo.com/22304584)。通過模擬發現,星系在成對之後、合並之前這段“”雙人舞”的時間可以長達10到20億年。在這段時間中,由于“雙人”之間的相互作用,星系中會觸發更多的恒星形成。然而,數值模擬並不能考慮到星系並合中實際發生的所有物理過程,模擬得到的結論還需要觀測的進一步驗證。

  由于星系並合的時標非常長,我們並沒有辦法通過觀測去追蹤任意一個真實星系對之間將要發生的物理過程。幸運的是,宇宙在對人類關上了“時標”這扇門的同時,打開了一扇“空間”的窗戶。如果能夠觀測到宇宙中大量的“星系對”樣本,那麽根據宇宙學原理,我們可以知道這些不同的星系對必然處于星系-星系並合過程中的不同狀態。也就是說,根據大樣本的星系對的統計描述,就可以在一定程度上反演出星系對的並合過程。

  最近,中科院上海天文台的博士研究生馮帥在導師沈世銀研究員的指導下,完成了一項開創性的研究工作----首次精確地測量了一批星系對的二元光度函數。具體來說,這個二元光度函數給出的是不同光度的兩個星系構成星系對的概率分布。也就是說,這個二元光度函數告訴了我們本地宇宙中的星系是如何成雙成對的。

  馮帥進一步介紹說,根據星系對的二元光度函數,我們解碼出三個結論。首先,星系—星系之間的二人舞從相距50萬光年之遠開始進行,在更遠的距離上,星系的行爲完全是一場“單人舞蹈”。其次,在二人舞開始之後,這場舞蹈的進行時間取決于舞蹈中的兩位成員的質量:兩位舞者中主導成員的質量越大,這場舞蹈的時間就越短。第三個結論就是,在這場舞蹈的高潮階段,成員星系中會觸發更多的恒星形成,而這個高潮階段的時間可以達到2億年之久。

  值得一提的是,这项系统研究除了利用来自于国际合作的斯隆数字巡天计划的近邻星系观测样本之外,还得到了来自于我国郭守敬望远镜巡天科学数据的帮助。由于光谱观测中的光纤碰撞效应,如果两个星系靠得太近,比如星系对,斯隆数字巡天通常只观测了其中一个星系的光谱,而剩余的那个没有光谱观测的星系就构成了郭守敬望远镜巡天中观测的补充星系样本(圖2)。

  

  2,一個典型星系對的觀測和證認過程。其中,兩個星系的光譜觀測先後由斯隆數字巡天(藍色)和郭守敬望遠鏡(紅色)完成。只有同時獲得兩個星系的紅移(距離),才能最終證認這兩個星系是在空間中是真實的成對還是由投影效應所造成。 

  沈世銀研究員進一步介紹說,在這項研究中,我們利用了郭守敬望遠鏡提供的超過7000個星系的光譜數據作爲補充,構成了該研究中的一個重要環節。這項研究也表明,郭守敬望遠鏡的巡天工作除了在銀河系研究方面大展身手之外,在河外星系的研究上同樣可以做出重要貢獻。

  科研論文預印本的鏈接:

  https://arxiv.org/abs/1905.07276