利用积分视场单元研究并合星系中的活动星系核

活动星系核对于星系演化,特别是其是否以及如何影响并合星系的恒星形成,一直是星系演化研究中的热点。国家天文台南美天文研究中心的金高翔、戴昱等人利用积分视场单元光谱巡天项目SDSS IV-MaNGA的数据,构建了相互作用星系统计样本,研究了活动星系核在并合星系中对于恒星形成的影响。

上图:MaNGA观测到的位于并合星系中的活动星系核示例。
下左:位于并合星系(红)与孤立星系(蓝)中的活动星系核的恒星形成率和星系质量的比较显示两者没有显著不同。
下右:比恒星形成率(sSFR=SFR/M*),巴尔末消光,和Dn4000的径向分布比较(红色:活动星系核;蓝色:恒星形成星系)显示,活动星系核核区的恒星形成活动较弱,与由内到外(inside-out)图景一致。

这一工作利用星系的相对速度、投影距离和形态区分了四种星系对的并合序列(并合早期、一次并合,二次并合,并合完成),并研究了包括活动星系核在内的不同星系类型随着并合序列的占比变化,发现了并合星系样本中活动星系核的比例与孤立星系中接近(~5.0%),并且这一比例不随并合阶段变化。这一工作同时发现,在星系对中,特别是并合的早期,存在更高比例的年老星系,这一现象可能与星系周围的环境密度相关。令人惊奇的是,拥有活动星系核的星系,拥有着相似的恒星质量、总恒星形成率、和相似的中心[OIII]强度,这些物理性质与其是否处于并合星系还是孤立星系无关。

高分辨率空间光谱的分析表明,活动星系核的宿主星系的恒星形成率从星系外沿到核区逐渐降低,年龄随半径的减小而增加。与恒星形成星系不同,对比并合和孤立中的恒星形成率后发现,活动星系核的宿主星系的恒星形成率并没有因为星系的相互作用而有显著提高。拥有活动星系核的星系的星系外围处消光明显减弱,说明相比于恒星形成星系,活动星系核星系外沿可能存在较少的尘埃。

这些结果发现了活动星系核宿主星系的性质几乎不受星系并合的影响,同时其恒星形成相关物理性质的径向分布支持了星系形成的由内到外停止生长(inside-out)的图景。

以上研究成果以“An IFU view of the Active Galactic Nuclei in MaNGA Galaxy Pairs”为题已被国际核心天文刊物《天体物理杂志》(The Astrophysical Journal)接收发表(论文详情https://arxiv.org/abs/2109.11084),论文第一作者为南美天文研究中心研究生金高翔,导师和通讯作者为戴昱研究员。该项工作得到了国家基金委和科技部重点研发的资助。

”星系演化和大视场巡天“ 研讨会

2021年4月12日-16日,中国科学院国家天文台,南美天文研究中心主办的“星系演化和大视场巡天”研讨会在江苏省宜兴市圆满召开。

星系形成与演化是天体物理研究的基本问题,同时星系作为宇宙的基本单元在了解宇宙的物质分布、化学演化方面起着独特的作用。随着大规模星系巡天的开展以及大型望远镜的投入观测,人们对星系中主要的物理过程有了更为深入的认识。

图一. 黄家声老师正在汇报总结团组科研进展。

会议开始,国家天文台研究员,南美天文研究中心首席科学家黄家声老师对当前团组的工作做了总结,主要包括中高红移的大质量红星系研究,低红移小质量星系的研究,并对今后的工作作出了安排。报告中,黄老师重点介绍了已经完成的CLAUDS+HSC巡天数据,提出了需要注意数据样本中测光系统偏差,受到了在场专家的一致肯定。

图二. 天文学家们正进行讨论

会议中,天文学家们对当前星系形成及演化的各个课题进行了热情友好的讨论。同时,专家们还对国内下一代星系巡天设备及项目进行了介绍(例如巡天空间望远镜CSST),并利用现有数据进行了预研究,分析讨论了可能存在的问题和挑战。

尽管星系形成和演化的大体方向是从小质量恒星形成蓝星系到大质量宁静红星系,但其细节会受诸多条件的影响,比如星系环境,红移,星系类型,金属丰度等。通过本次会议,各领域专家交流最前沿的科学问题,展示最新研究进展。参会学者都希望籍此机会,从不同的角度对星系演化和大视场巡天开展富有成效的交流和合作,共同探讨推进我国在该领域的一步发展。

图三. 参会人员合影

文/徐海

南美天文中心研究人员获得了超新星的最完备模板

近日, 中国科学院南美天文研究中心、中科院国家天文台中智天文联合研究中心王灵芝博士带领国际合作团队,基于多个国际一流设备的多波段时域数据,详细研究了一颗近邻Ia型超新星SN2017cbv,获得了单个超新星的最完备光变曲线模板和光谱模板,为后续超新星的研究提供了重要参照和依据。目前超新星观测主要在光学波段开展,长时标红外监测数据尤其是极早期的数据非常珍贵。本工作首次发布了超新星长达140天的光学红外8波段测光数据和14条红外光谱,为超新星研究提供了最完备的光变曲线模板和光谱模板。国际著名超新星专家Nicholas B. Suntzeff这样评价道:"These light curves in this paper will be shown over and over again in talks around the world now, as the best example of Type Ia photometric behavior."。


超新星SN2017cbv是爆发于近邻星系NGC5643里的一颗Ia型超新星,因其距离近而很亮,容易获得其完善的数据,是一个非常热门的天体。Ia型超新星可能是白矮星吸积其伴星物质达到临界质量后产生的剧烈热核爆炸,其爆炸产生的峰值光度一般认为是常数,是一类极为重要的天体距离指示器。天文学家利用超新星测量的距离,发现了宇宙加速膨胀,然而它的前身星和具体爆炸机制仍然是未解之谜。


极早期观测揭示SN2017cbv存在亮度超,暗示其前身星很可能是单简并系统,为破解超新星前身星和爆炸机制提供了绝佳研究对象。得益于南美天文中心享有智利望远镜观测时间的优势,王灵芝博士及合作者及时获得了大量的观测数据(见附图),包括SN2017cbv在BVRIYJHKs共 8个波段、长达140天(光极大之前16天到光极大之后125天)的观测数据,以及来自于6.5米Magellan/FIRE光谱仪、 8.2米的Gemini South/FLAMINGOS-2光谱仪、3.6米NTT/SOFI光谱仪以及3.0米NASA IRTF/SpeX光谱仪的14条高质量红外光谱数据,这其中包括了极为罕见的Ia型超新星的最早红外光谱观测 (光极大之前18天)。


王灵芝等人利用多波段的高质量光变曲线、颜色曲线,通过与超新星光极大时及之后的内秉亮度和颜色对比,估计了宿主星系光学波段的消光及该超新星的光度距离。同时,研究人员利用红外波段消光较小的优势,首次绘制了光学-红外的颜色星等图,发现此图可以非常直观准确的测定光学波段的消光。研究还发现爆发晚期的数据并不能很准确的估算消光,这对利用晚期光变数据估算消光提出了质疑。


此外,研究人员对此超新星的质量、爆发机制和从伴星吹出的物质进行了限制。王灵芝等人运用两种独立的方法,分别估算了爆炸中产生的放射性Ni元素的质量,并得出了一致的结果。研究人员还比较了SN2017cbv的光变数据和两类主流的爆炸模型: Mch 延迟爆轰模型,sub-Mch双爆轰模型,发现除了极早期的亮度超出外,SN2017cbv的观测数据与Mch延迟爆轰模型较为一致。最后,基于14条红外光谱,研究人员在光极大时刻附近探测到了碳原子谱线,然而并未探测到Pβ谱线,因此认为从伴星吹出的氢质量上限约为0.1倍太阳质量。

相关论文已发表于国际著名天文杂志《天体物理学报》ApJ,详见:

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/abba82

左: SN2017cbv的BVRIYJHKs光变曲线,右:红外光谱演化图

中科院南美天文研究中心2020年理事会会议召开

10月19日,中国科学院南美天文研究中心2020年理事会会议以现场和线上视频相结合的方式举行。中科院副院长、南美天文研究中心理事长张亚平出席会议。

  南美天文研究中心相关负责人就中心2020年发展情况及未来发展规划等事宜向理事会作了汇报。中心主任王仲作了“落实中心实体建设、提升境外影响力”报告,中心执行主任黄家声作了“改进中心科研部署、推进科研合作平台”报告,中心副主任王炜报告了中心日常管理工作、2020年经费执行及2021年预算情况。理事会对上述报告进行了审议,充分肯定了相关工作,并就中心长远发展规划和阶段性工作重点进行了指导。理事会还就增补副理事长及理事成员单位、中心管理实施细则等具体事项进行了审议。

  张亚平对南美天文研究中心今年在新冠疫情等困难形势下所付出的努力和取得的成绩表示感谢和祝贺。他指出,中心的发展要充分发挥依托单位和参建单位的积极性,统筹协调院内外资源,与参与单位的重点工作和产出紧密衔接,在人员配置方面注重长驻人员与流动人员的平衡,坚持有所为有所不为,推动高水平科研产出,不断提升中科院的海外影响力。他强调,中心要进一步增强风险意识,稳扎稳打,着眼长远,可持续地推动相关工作。

  会议由中科院国际合作局副局长王振宇主持。中科院前沿科学与教育局、重大科技任务局、条件保障与财务局、国家天文台、紫金山天文台、上海天文台、云南天文台、南京天文光学技术研究所、新疆天文台、高能物理研究所、中国科学技术大学,北京大学、清华大学、南京大学、上海交通大学、北京师范大学、云南大学等单位代表参加会议。

FAST首次探测近邻河外星系的原初气体成分

发表日期:2020-07-01

  五百米口径球面射电望远镜(FAST)是世界上口径最大,灵敏度最高的射电望远镜,河外星系的中性氢观测是FAST的重要科学目标之一。近日,中国科学院南美天文中心、国家天文台中智天文联合研究中心的程诚等人利用FAST的19波束接收机对一批低红移恒星形成星系样本中的四个星系进行先导观测(pilot survey),成功探测到三个星系的中性氢发射线(图1)。该研究论文已经被国际天文学权威期刊A&A Letter接收,这也是FAST公开发表的观测结果中第一次明确探测到河外星系的中性氢发射线。在观测过程中,FAST只用了五分钟曝光时间即探测到了河外星系的中性氢信号,展示出极高的灵敏度。 

  中性氢是星系中分布的最延展的重子物质结构,星系的CO谱线的辐射则主要来自星系中心区域 (图1 红色轮廓),因此借助中性氢和CO这两种谱线速度和流量分布,我们可以估计不同半径处的星系动力学质量,进而研究星系的重子和暗物质的分布。这次新观测到的中性氢谱线数据估计得到的星系动力学质量比观测到的重子质量高一个量级,而此前通过CO谱线估计得到的星系动力学质量和重子质量非常接近。这一结果表明我们有可能借助中性氢和CO谱线的观测数据来研究星系的暗物质分布。 

FAST观测的四个星系的假彩色光学图像,CO谱线轮廓(红色)和FAST观测到的中性氢谱线(右下子图)。 

这次FAST观测的星系样本选自中国科学院南美天文中心程诚和智利瓦尔帕莱索大学天文学家Edo Ibar合作的巡天项目 ‘瓦尔帕莱索阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵发射线巡天’ (Valparaíso ALMA Line Emission Survey)。这批星系有从紫外到远红外的完整的多波段测光数据,斯隆数字巡天光纤光谱,赫歇尔空间天文台远红外[CII]谱线数据。程诚在智利访问期间,和来自智利,英国,美国等国家的天文学家一起合作申请到了位于智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵和甚大望远镜观测时间,对这批星系做了高分辨的CO气体和光学/近红外集成视场摄谱仪观测。这些数据非常适合研究近邻星系的恒星形成过程,气体的电离源,气体的动力学性质,星系的恒星形成效率等课题,该科学团队也已经得到了一批非常重要的科研成果。尽管此前已经有大量多波段观测数据,为了研究星系的转动速度,中性氢质量和尺寸,星系暗物质比例等课题,仍然非常需要中性氢的观测。这次FAST观测时间申请自“中国天眼”调试阶段风险共担观测申请项目 (观测申请ID:2019A-012-S),课题组正计划申请更多FAST观测时间对这一星系样本进行更多观测研究。

  

  文章链接:https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2020/06/aa38483-20/aa38483-20.html