大視場巡天科學研究團組

來自 搜狐網 的圖片

大視場巡天科學研究團組面向大視場光學近紅外圖像巡天（國內CSST、WFST，國際EUCLID、Roman/HLWS、LSST、HSCLS等地面和空間圖像巡天計劃），開展銀河系和河外天文學科學研究，以星系生態系統為核心研究對象，涉及微觀氣體形成恆星過程到宇宙大尺度結構中物質循環，探究從宇宙嬰兒時期到今天不同時期的星系的物理性質分布和相關規律，理解星系中氣體吸積、恆星形成、恆星和活動星系核反饋、星系併合、環境效應等物理機制和過程如何驅動星系演化。

目錄

代表性研究成果介紹

1）星系恆星形成活動相關規律隨紅移演化研究進展。基於Spitzer紅外等深場觀測，重建了z<1的星系的平均恆星形成率和質量的關係；測繪出星系中恆星形成活動呈現的降序演化（Zheng et al. 2007, ApJ, 661, L41）。揭示恆星形成活動主要發生於藍星系中，而星系恆星質量增長主要發生於「紅序」星系之中，指出星系演化過程中不斷有藍星系終止恆星形成活動，快速演變成「紅序」星系（Bell, Zheng, et al. 2007, ApJ, 663, 834）；星系中恆星形成增長與黑洞吸積增長不同步（不同事件，不同時期）（Zheng et al. 2009, ApJ, 707, 1566)。

2）發現星系恆星形成活動主序標度律的新特徵。活動星系的恆星質量與恆星形成率的正相關關係被稱為「主序」關係， 我們發現近鄰和遙遠宇宙中「主序」關係的彌散程度隨星系的恆星質量變化，中等質量處彌散小，大質量處彌散大。這一發現揭示不同質量星系中影響恆星形成活動的主要物理機制存在系統差別, 大質量星系中AGN反饋、星系核球的存在是影響星系恆星形成的主要因素；小質量星系中恆星反饋對彌散影響變大（Guo, Zheng & Fu 2013,ApJ,778,23；Guo, Zheng et al. 2015,ApJ, 808, L49; Pan, Zheng et al. 2016, ApJ, 819, 91; Pan et al. 2017, ApJ, 834, 39; Katsianis, Zheng et al. 2019, ApJ, 879, 11）。

3）對100億年前(z=2.24)宇宙中恆星形成星系性質研究進展。通過窄帶測光方法，研究z=2.24恆星形成星系的性質，揭示正午時期的宇宙中近半星系發生併合；指出Ha光度函數與恆星形成星系質量函數同形；塵埃消光與Lya光子的逃逸比例反相關，紫外電離光子主要來自於小質量的恆星形成星系的貢獻（An, Zheng et al. 2014, ApJ, 784, 152; An et al. 2017, ApJ, 835, 116)。

4）星系併合及演化研究進展。 我們發展一套新的非參數化Ao-Do方法，測量星系外圍星光分布的不對稱度和偏心度，證認形態不規則和處於併合狀態的星系；這一方法在尋找有長潮汐尾的併合星系方面最為有效，可應用於LSST、EUCLID和CSST等大規模圖像巡天（Wen, Zheng & An 2014, ApJ, 787, 130); 將該方法應用於COSMOS巡天HST數據，證認出最大的長潮汐尾併合星系，發現這類併合星系在所有主併合星系中的比例達到近一半，表明併合星系的軌道參數等並非隨機分布，與其在環境中排列有關（Wen & Zheng 2016, ApJ, 832, 90）；系統分析給出長潮汐尾結構併合星系的特徵分布（Ren et al. 2020, MNRAS, 499， 3399）。

5）發現星系塵埃遮蔽度(IRX)的普適標度律。 研究星系中塵埃如何遮蔽恆星形成活動的規律，是精確測定星系物理參數、理解星系恆星形成和化學演化的關鍵。我們發現星系塵埃遮蔽度與星系恆星質量不相關，顛覆此前星系質量是決定塵埃遮蔽度的主導因素的認識；塵埃遮蔽度由恆星形成率、星系尺度、金屬豐度和傾角共同決定，可由多參數函數描述，金屬豐度起到關鍵作用。這一恆星形成星系的塵埃遮蔽標度律具有普適性，近鄰和遙遠星系均遵循。這一發現解決了星系演化領域的中小質量恆星形成星系「塵埃遮蔽無演化疑難」（Qin, Zheng et al. 2019, MNRAS, 485, 5733; Qin, zheng et al. 2019, ApJ, 1909.13505）。

6）高紅移宇宙大質量原星系團研究進展。利用同一區域多個類星體光譜中記錄的同一紅移萊曼阿爾法（Lya）吸收群探測方法，並基於近紅外Ks寬帶和H2S(1)窄帶深度圖像觀測，成功遴選並證認出兩個z=2.24處的很可能孕育着原星系團的超大質量的緻密結構BOSS1244和BOSS1542。證認出244和223個發射線天體，其中Hα發射線星系（HAE，約占80%）所示蹤的密度結構揭示：BOSS1244的子結構中右下方緻密子結構的密度因子超過20；BOSS1542是迄今發現的首例z>2、延展尺度達50Mpc的巨型纖維狀結構 （Zheng X. Z., et al. 2021, MNRAS, 500, 4354; Shi D.D. et al. 2021, ApJ, 915, 32）。在這兩個原星系團緻密區域外圍，發現極端星暴星系聚集的觀測證據，與原星系團吸積區域會形成激波，有效增強氣體聚集甚至星系併合，從而觸發大規模的星暴活動的理論預期一致（ Zhang Y. et al. 2022，MNRAS，512, 4893)。

團組近期研究內容：

一、高紅移緻密環境中星系性質研究

利用CFHT、MMT、LBT、JCMT、HST等望遠鏡，搜尋z～2-3時期的高密度區域證認原初星系團，研究其中星系的性質，探究這一時期高密環境如何影響星系吸積氣體、恆星形成（促進or抑制）和結構演化？原初星系團中心區域大質量星系有什麼樣的特徵，如何演化成近鄰大質量星系團中的brightest cluster galaxies (BCGs)？不同環境中的成員星系性質有何系統差別？

二、星系恆星形成、結構、ISM演化研究

分析宇宙早期至今不同時期星系恆星質量、氣體含量、金屬豐度、塵埃消光、恆星形成和結構等物理參數之間的相關關係，研究星系特徵演化的規律和關聯，結合星系理論模型，揭示星系氣體吸積、恆星形成、化學增豐和結構演化之間的內在關聯和物理過程，增進對星系形成和演化的認識。

三、開展近場宇宙學研究

中科大-紫台2.5米大視場巡天望遠鏡（WFST）於2019年開工建設，預計2022年底建成，用於開展北天最高靈敏度時域巡天，將提供北天球r<25等恆星和星系高精度位置和u,g,r,i,z多色測光數據，預期在時域天文、太陽系天體和近場宇宙學等方面取得突破性成果。 利用歸檔大規模巡天數據開展銀河系星族、結構和形成歷史、近鄰宇宙矮星系、低面亮度星系等科學預先研究，培養研究隊伍，支撐WFST巡天科學產出重大成果。