韦伯太空望远镜揭示了新的水循环过程:每月消耗一个地球海洋!

The original English version is: https://www.universite-paris-saclay.fr/en/news/jwst-witnesses-destruction-equivalent-ocean-every-month-space

一个由法国巴黎萨克雷大学的年轻科学家玛丽恩·詹尼斯(Marion Zannese)牵头的一个国际合作团队刚刚发现有大量水分子在位于猎户座星云中心的一个行星形成盘中被大量地破坏然后又重新形成的漂亮证据。这一发现得益于詹姆斯·韦伯太空望远镜(简称韦伯望远镜)的高质量观测和量子物理计算的支持。此研究工作是韦伯望远镜早期科学项目PDRs4All的一部分,近日在Nature Astronomy发表。中国科学院云南天文台驻中国科学院南美天文中心访问学者何金华研究员参与了该研究。

水是孕育生命的关键成分。在地球上,我们海洋中的水大都是远在太阳系诞生之前就在星际空间里温度低于零下250摄氏度的冷区域中就已经形成了的。但是,很可能在我们的太阳系还是一个绕着婴儿期太阳旋转的气体尘埃盘的时候,有一部分水会经历一个在温度达到100-500摄氏度的高温环境中浴火重生的过程。

为了理解这个高温水循环之谜,这些天文学家将韦伯望远镜指向了被视作行星摇篮的猎户座大星云中一个编号为d203-506的原行星盘。他们发现,它近旁的大质量恒星发出的强烈紫外线确实正在这个原行星盘中快速地摧毁并重新产生水分子,把这个天体打造成了一个有趣的星际化学实验室。

但是,在距离我们1000光年的如此遥远的地方发生的水分子的形成和破坏过程,如何才能够被我们观测到呢?他们与量子物理专家的合作,就是赢得这一挑战的关键。 当水分子(H2O)被紫外线破坏时,一个处于高速旋转状态的羟基分子(OH)将被释放出来。 然后羟基分子将在这些很高的能级上发生转动能级跃迁,其所产生的一系列中红外谱线辐射(波长10微米左右)被韦伯望远镜捕捉到了。 在d203-506这个年轻的天体中,每个月就有相当于一个地球海洋的巨量水分子以这种方式被紫外线破坏。

但是,故事到这里还未结束。韦伯望远镜同时在近红外波段(波长3微米左右)还观测到了羟基分子(OH)以类似机制发射的另一组谱线,表明有大量羟基分子正在通过高温气体中氧原子与氢分子的化学反应(O+H2)来形成。羟基分子将与氢分子进一步反应(OH+H2)产生水分子,因此羟基分子扮演了合成水的化学中介。这就构成了一个完整的水分子化学循环。很可能我们地球海洋中的一些水分子就经历过了这样一个高温水循环过程的加工处理。

汉语翻译:何金华

网页编辑:于立鑫

左图和中图展示了韦伯太空望远镜观测的猎户座大星云中的d203-506这个年轻的盘天体的图像 ©PDRs4All。右图的动画示意水分子的破坏和再形成过程是如何被韦伯太空望远镜观测到的。 © 玛丽恩·詹尼斯(M. Zannese)

参考文献:

OH as a probe of the warm water cycle in planet-forming disks

Marion Zannese, Benoît Tabone, Emilie Habart, Javier R. Goicoechea, Alexandre Zanchet, Ewine F. van Dishoeck, Marc C. van Hemert, John H. Black, Alexander G. G. M. Tielens, A. Veselinova, P. G. Jambrina, M. Menendez, E. Verdasco, F. J. Aoiz, L. Gonzalez-Sanchez, Boris Trahin, Emmanuel Dartois, Olivier Berné, Els Peeters, Jinhua He(何金华), Ameek Sidhu, Ryan Chown, Ilane Schroetter, Dries Van De Putte, Amélie Canin, Felipe Alarcón, Alain Abergel, Edwin A. Bergin, Jeronimo Bernard-Salas, Christiaan Boersma, Emeric Bron, Jan Cami, Daniel Dicken, Meriem Elyajouri, Asunción Fuente, Karl D. Gordon, Lina Issa, Christine Joblin, Olga Kannavou, Baria Khan, Ozan Lacinbala, David Languignon, Romane Le Gal, Alexandros Maragkoudakis, Raphael Meshaka, Yoko Okada, Takashi Onaka, Sofia Pasquini, Marc W. Pound, Massimo Robberto, Markus Röllig, Bethany Schefter, Thiébaut Schirmer, Sílvia Vicente, Mark G. Wolfire

Nature Astronomy 23 February 2024 https://www.nature.com/articles/s41550-024-02203-0 


 1. PDRs4All项目(https://pdrs4all.org/)是美国宇航局(NASA)遴选的用于展示韦伯太空望远镜观测能力的13个早期研究项目(Early Release Science programmes,简称ERS)之一,由多个国际合作团队联合构成。

2. 这里包含了来自如下众多合作机构科学家的贡献:西班牙基础物理研究所(Instituto de Fısica Fundamental ,CSIC)、西班牙马德里康普斯顿大学(Universidad Complutense de Madrid ;UCM)化学系、西班牙萨拉曼卡大学(University of Salamanca)物理化学系、荷兰莱顿大学莱顿天文台、荷兰莱顿大学戈尔莱乌斯实验室(Gorlaeus Laboratories)莱顿化学研究所。

2024龙年春节庆祝活动:传统文化与现代天文的完美融合

随着2024年龙年春节的临近,中国科学院南美天文研究中心与智利大学天文系携手合作,共同庆祝中国新年,宣传中国文化。

1月26日,这场特别的联欢活动在智利首都圣地亚哥举办。中国驻智利大使馆科技处朱超,智利天主教大学孔子学院中方院长顾红娟,智利圣托马斯大学孔子学院代表,智利大学数理学院院长Francisco Martínez Concha教授,副院长Marcela Munizaga教授,智利天文学会主席Bruno Días博士,智利天体物理及技术中心(CATA)主任Guido Garay教授,圣地亚哥La Cisterna区政府代表,及当地中资企业代表等应邀出席活动。智利大学天文系全体师生,以及中科院南美天文研究中心驻智人员和家属,共计170余人欢聚一堂,共贺佳节。 

琳琅满目的灯笼和中国结等装饰营造出了浓郁的春节气氛。文化体验区设置的中国书法和茶艺展示,获得了来宾们的广泛赞誉。外国朋友们热情地排队体验书写春联和中文名字,同时品尝着中国茶。地道的中式午餐更是受到热烈欢迎,现场排起了长龙等待品尝。此外,古筝与二胡的悠扬演奏、优雅的扇舞、神秘的变脸、以及矫健的剑舞等精彩绝伦的表演,赢得了观众连连掌声,将活动的热烈气氛推向高潮,完美展现了浓厚的中国年味。在此背景下,作为活动的一大亮点,中国古代天文和现代天文成就展展示了中国天文学的辉煌历史和现代成就,吸引了众多来宾的目光,而智利大学天文系特别设置的一台太阳观测望远镜也成为了众多来宾关注的焦点。

此次春节联欢活动不仅现场气氛热烈愉悦,充分展现了中国传统文化的独特魅力,更成功结合了传统文化庆祝和现代天文科学探索。中国科学院南美天文研究中心,作为中智合作的重要桥梁,将继续发挥其平台作用,助力中智两国在多领域的合作与交流,共同书写友谊新篇章。 

本次活动受中国科学院国家天文台工会资助及智利大学天文系协助。

宇宙尘埃的起源之谜:热核爆炸Ia型超新星在星周环境里产生了新尘埃

宇宙尘埃的起源一直是个谜。最近,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王灵芝副研究员与多家国内外科研机构合作,利用空间和数个地基望远镜的数据,对一颗热核爆炸Ia型超新星SN 2018evt开展了长达三年的光学和红外时域监测,探测到了大量尘埃的快速生成过程。

当一颗白矮星吸积伴星气体物质,达到钱德拉塞卡质量极限后,产生热核爆炸Ia型超新星。而那些没有被吸积到白矮星表面的气体形成星周环境。当超新星爆炸后,其抛射物高速向外膨胀,会与星周环境里的气体相互碰撞,形成致密的薄层,或者冷壳层。此壳层将继续减速向外膨胀,壳层里的气体逐渐冷却,凝结成尘埃。

Ia型超新星爆炸产生尘埃的过程一直缺乏直接的观测证据,即同时观测到尘埃的吸收,散射和热辐射特征。此超新星系统完美的呈现了尘埃的这三项特征。由于尘埃的热辐射,它的中红外流量突然变亮;由于尘埃的吸收,它的光学流量变得更暗;由于尘埃的散射,它的颜色变蓝。此外,研究人员还发现,由于尘埃的吸收,相互作用区辐射出的Hα谱线出现红蓝强度比不对称,同时谱线中心向蓝端移动。

图1: 超新星SN 2018evt的爆炸抛射物和星周物质相互作用不同阶段的演化示意图,310天之前的演化为子图a, b和310天之后的演化为子图c。右上:SN 2018evt在冷壳层里产生新尘埃的艺术图。

这项研究首次在Ia型超新星与星周气体相互作用区的冷壳层里,直接探测到大量温尘埃的快速生成过程。在爆炸后约1,000天,相互作用区域内的冷壳层里产生了至少0.01个太阳质量的尘埃。研究还表明,Ia型超新星可能是椭圆星系中尘埃的重要来源。这一发现挑战了之前只有核塌缩超新星能产生大量宇宙尘埃的传统观点。随着时间推移,这个系统将会产生更多甚至十倍的宇宙尘埃。尘埃的形成其实是气体冷却到足以凝结的过程。有一天,这些尘埃将凝结成原行星,最终形成行星。这是在恒星死亡之后新的开始。这项研究开启了宇宙中生命与死亡循环另一个环节的研究。随着詹姆斯·韦伯太空望远镜的运行,它将会探测更多此类事件。

图2:SN 2018evt新生成尘埃的温度(子图)和质量演化图。数据点表示SN 2018evt和核塌缩超新星爆炸产生的尘埃演化。实线表示对超新星SN 2018evt新尘埃组分假定为0.3微米石墨的时间幂律谱演化。

这一研究成果已于2月9日发表于《自然·天文学》杂志 (Nature Astronomy),题为“热核爆炸Ia型超新星在星周环境里产生了新尘埃(Newly formed dust within the circumstellar environment of SNIa-CSM 2018evt)”。

王灵芝副研究员是该论文的第一作者和通讯作者。中科院紫金山天文台博士后胡茂凯和德州农工大学的王力帆教授为共同第一作者。此项研究还包括来自拉斯坎布雷斯天文台全球超新星项目、欧洲南方天文台公共瞬变天体光谱巡天观测,智利千禧天体物理研究所,卡内基超新星项目,清华大学、云南天文台等多家机构的天文学家。论文地址:https://www.nature.com/articles/s41550-024-02197-9

第六届中智天文科学双边会议在智利召开

11月6-10日第六届中智天文科学双边会议在智利巴拉斯港召开。来自中国科学院、国内各高校、智利各天文单位的30多个天文研究机构80余名专家、青年学者和学生参加会议。就中智双方科研成果、中智合作取得的最新进展、未来合作机会等方面进行深入交流。本次会议由中国科学院国家天文台/中国科学院南美天文研究中心和智利天文学会联合主办。会议主席由国家天文台黄家声研究员和智利大学教授Diego Mardones共同担任。

中国科学院国家天文台副台长、南美天文研究中心主任赵公博、智利天文学会主席Bruno Días作开场致辞并对会议来宾表示欢迎。本次研讨会涉及太阳系天体,原行星盘,恒星形成、星际介质和天体化学,系外行星,恒星和星团,星系、活动星系核和宇宙学,理论天体物理、数值模拟和大数据天文学,天文仪器设备,天文台站建设等方向,涵盖各领域的最新研究成果。会议特别邀请到中国科学院国家天文台邓李才、商朝晖和施建荣研究员,中国科学院上海天文台郑振亚研究员,天主教大学Ezequiel Treister教授,塔尔卡大学Daniela Estefanía Olave Rojas博士,贝尔纳多·奥希金斯大学Richard Lane博士,拉塞雷纳大学Denise Riquelme博士和迭戈·波塔莱斯大学杨彬(Bin Yang)教授等天文学者介绍基于中智合作下天文科学研究成果以及中智两国天文台站和天文设备建设等情况;智利大学Guido Garay教授开场回顾了十年来中智天文合作结出的科研硕果和培养的优秀人才,厦门大学王俊峰教授做会议总结,展望未来中智天文合作愿景。此次双边会议,有助于促进中智天文学交流,加深中智双方的了解和信任,扩大国内天文在智利影响力,为今后更有效的开展中智合作奠定基础。会议期间,中智两国天文学家积极探讨,深入交流,寻找新的合作契合点,为下一步更加合理有效利用双方科研资源,开展广泛科学合作,聚焦重点研究方向,早日产出重要成果做好各项准备。

研究人员利用4米级地面望远镜刻画系外行星大气并取得重要进展

近期,国家天文台研究人员利用位于智利的4米级口径地面望远镜,获取了两颗热木星WASP-69b和WASP-121b的光学波段透射谱,通过模型分析,对它们的大气性质给出了重要的限制。研究结果分别发表在《英国皇家天文学会月报》和《天文和天体物理学研究》上。

热木星是一种比较极端的系外行星,因距离主星很近且轨道周期一般小于10天,行星会被潮汐锁定。长期而强烈的恒星辐射使得行星的日面温度通常可以达到1000K以上。这样的行星大气比较蓬松,光谱信号较强,是行星大气研究最重要的目标源之一。透射光谱是用于研究系外行星大气最重要的数据之一。透射光谱是行星凌星过程中的光谱与凌星外光谱的差异,行星大气的温度结构和化学组成等信息都反映在透射光谱中。因此可以通过透射光谱来刻画行星大气性质。

WASP-69b的半径为1.057±0.047RJup,质量为0.260±0.017MJup,周期约为3.868天。论文作者欧阳青林、王炜等人在透射光谱中发现瑞利散射带来的斜率,推断此行星大气主要由氢气组成。此外,WASP-69b透射光谱在700-900 nm处存在较为明显的摆动信号,结合行星大气模型,作者认为可能是氧化钛吸收导致。一般认为,氧化钛是引起热木星大气温度反转产生逆温层的主要成分,但需要大气有足够高的温度(> 1500K)以维持氧化钛的气态,因此,过去只在超热木星(Teq > 2000K)的大气中探测到氧化钛的存在。这是首次在经典热木星中发现氧化钛存在的证据。

图1:WASP-69b的透射光谱以及对应的反演的最佳拟合模型。蓝线和红线分别为光学透射谱和光学+近红外透射谱的反演最佳拟合模型。下方分别为两个反演模型对应的参数后验分布。两个反演模型均显示出较高的金属丰度。

WASP-121b的半径为1.865±0.065RJup,质量为1.183±0.064MJup,周期约为1.275天。作者发现,他们获得的透射光谱与前人获得的光谱存在差异,前人所获光谱之间也存在较大差异。通过文献调研和对前人数据的再分析,他们认为这种差异可能真实存在,不大可能来源于数据处理过程以及恒星活动性的影响,也即:该行星的大气成分可能随时间而变化。反演分析表明,WASP-121b的大气中存在氧化钛、氧化钒的吸收信号,但这两种成分的丰度与前人的结果也不一致,这一结果进一步支持了该行星大气存在时变现象的可能性。

图2:与图1类似,WASP-121b的透射光谱以及对应的反演的最佳拟合模型。下方的反演参数后验分布图清晰地展示了氧化钛和氧化钒的丰度后验分布,对应了大气中氧化钛、氧化钒的吸收。

这两项工作是首次利用SOAR望远镜开展系外行星大气的观测研究。SOAR全称是Southern Astrophysical Research Telescope,由巴西、智利、美国多家天文机构共同运行。相关观测数据是论文通讯作者王炜在中科院南美天文中心工作期间申请获得的。论文作者指出,与目前主流的大口径地面望远镜和空间望远镜相比,4米级望远镜精度略差,但仍可对行星大气性质做出重要的约束。因此,像SOAR这样的4米级地面望远镜可以成为系外行星大气观测研究的一个成本较低但质量有保证的选择,有利于未来开展更大样本的行星大气观测研究。

图3:位于智利的SOAR望远镜,口径位4.1米

论文1链接:https://academic.oup.com/mnras/article/521/4/5860/7091929 

论文2链接:  https://doi.org/10.1088/1674-4527/accbb2

中科院南美天文中心(圣地亚哥)春节联欢活动

瑞兔呈祥,四海同春。1月27日(智利),中国科学院南美天文研究中心(以下简称中心)在智利圣地亚哥举办了春节联欢活动。中国驻智利大使馆代表王越、朱超,智利圣托马斯大学孔子学院外方院长Lilian Espinoza Guerra,智利天主教大学孔子学院中方院长顾红娟应邀出席。智利大学天文系全体,智利天主教大学孔子学院师生代表,南美天文研究中心驻智人员及家属100余人欢聚一堂,共贺佳节。

本次活动以欢度春节,弘扬中华文化为主题。活动现场张灯结彩,中国特色的装饰,烘托出浓厚的节日氛围。美食品鉴区,麻花、瓜子、花生等春节传统糕点和零食罗列纷呈。饺子、宫保鸡丁、麻婆豆腐等经典中国菜品深受外国友人喜爱,展示了中国博大精深的传统饮食文化;书法体验区,喜庆的春联,各式字体福字广受欢迎,外国友人跃跃欲试,学习汉字书写自己名字;茶艺文化表演,吸引众多国外友人观赏品鉴;孔子学院外籍学生Matías Tapia带来的琵琶演奏《琵琶语》、《象王行》及中心学生刘一笑的小提琴演奏《丰收渔歌》,精彩纷呈,掌声连连,不仅展示出国风之优雅,也使驻智游子感受到乡音之亲切。

现场活动照片

整个活动现场气氛热烈,其乐融融。本次联欢,传递出浓浓中国年味,有助于加强了中智双方文化交流,弘扬中国传统文化。南美天文中心将充分发挥其在智利合作平台作用,为中智合作做出应有的贡献。

本次活动受中国科学院国家天文台工会资助及智利大学天文系协助。

南美天文中心驻智利成员和孔子学院代表合影

牛清报大使来访

7月26日,中国驻智利大使牛清报参访智利大学天文系,看望中科院南美天文中心的中外学者,并与全体工作人员进行了座谈交流。

(牛大使与智利大学天文系负责人,以及南美天文中心王仲主任,朱磊副主任展开会谈)

智利大学天文系系主任理查德·穆尼兹教授介绍天文系发展历程、研究成果及中智天文合作情况,牛大使高度评价智利大学为两国拓展天文领域交流合作提供良好平台,对该系取得的学术成就及其国际合作成效表示祝贺。

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(牛大使与智利大学天文系互赠纪念品)

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(牛大使一行与天文系领导,及南美天文中心全体员工合影留念)

随后,牛大使参访了中科院南美天文中心,听取王仲主任做中心建设发展情况报告,并与全体工作人员开展座谈,了解大家在智利的工作和生活情况,进行亲切交流和深入探讨。

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(牛大使一行参观南美天文中心办公室,并向中心赠送纪念品)

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(南美天文中心王仲主任介绍中心建设发展情况)

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(牛大使一行与中心驻圣地亚哥全体成员开展亲切会谈)

最后,牛大使一行在中心领导及总工程师爱德华多·多诺索的陪伴下参观了在建的“中科院综合科技园区(智利)”项目现场,对中心发展提出建议和祝福,整个访问圆满结束。

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(使馆就本次牛清报大使访问报导链接:

http://cl.china-embassy.gov.cn/sgxw/202207/t20220729_10729667.htm)

2022中智联合项目征集

基于2013年中国科学院同智利国家科学技术委员会备忘录的精神以及2015年国家天文台同智利天文协会以及智利国家科学技术委员会的纲要(pdf),南美天文中心现征集中智天文研究合作项目,希望借此促进中智两国天文领域的合作并推动两国天文事业的发展。

合作项目期为1-2年,支持力度为每年7.5万美元,计划支持3-4个合作项目,合作内容涵括天文研究和天文技术方法的各个领域。项目首席必须来自中方或智方,且必须是中智合作项目。

申请截止日期为2022年5月31日,更多详细信息可以咨询黄家声博士(南美天文中心首席科学家,邮箱: jhuang#at#nao.cas.cn)或朱磊(南美天文中心副主任,邮箱:lzhu#@#nao.cas.cn)

更多详细信息参见附件(pdf)

中国科学院南美天文研究中心及南美空间天气实验室联席理事会在国家天文台顺利召开

10月20日,中国科学院南美天文研究中心(简称南美天文中心)及中国科学院南美空间天气实验室(简称南美空间天气实验室)联席理事会在中科院国家天文台召开。中科院副院长、南美天文中心和南美空间天气实验室理事长张亚平出席会议并作总结讲话。

会议听取了两个中心2021年度工作进展和预算执行报告,审议并通过两个中心2022年度工作计划和预算安排。与会代表围绕海外中心的平台运行、科研部署、资源配置、预算执行、对外合作、科学影响等方面进行讨论,并对海外中心充分利用境外独特条件,在天文、空间、气候、对地观测等方向协同发展提出建议。

张亚平对两个中心在新冠疫情影响下,面对国际新形势所做出的努力和取得的成绩表示肯定,并对两个中心在新阶段、新形势下的发展提出新的要求。他指出,海外中心要进一步把握国家需求,心系“国家事”,肩扛“国家责”,瞄准国家重大科技任务,发挥海外中心平台的独特性,凝练工作重点、发展目标及实现路径,产出亮点科研成果;中心要根据国际形势,挖掘有全球共识的发展机会,充分发挥依托单位及参与单位的积极性,统筹院内外资源,推动多方合作,形成更开放、更有活力的重要的体制机制;要重视人才队伍建设,实施开放、流动的人才机制,充分发挥海外中心独特的地域、资源优势,吸引更多优秀人才参与中心工作;要利用现有工作网络和科研基础,提出重大科学构想和计划,推动产出更有影响力的科研成果。

会议由中科院国际合作局副局长王振宇主持。副理事长单位代表院国际合作局局长陈熙霖、前沿科学与教育局局长苏刚、重大科技任务局局长丁赤飚、条件保障与财务局副局长杨为进,以及各海外中心理事单位代表及国家天文台、国家空间科学中心相关科研、职能部门代表参加了会议。

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

第五届中智双边天文科学研讨会顺利召开

会议合影

为促进中智两国天文学家的深入交流与合作,在中国科学院、国家天文台和智利天文学会的大力支持下,由中国科学院南美天文研究中心(简称中心,也称中智中心)主办、中国科学院云南天文台协办的“第五届中智双边天文科学研讨会”于1月23-26日在云南昆明顺利召开。

会议现场

中国科学院南美天文研究中心是中国科学院实施发展中国家科教合作拓展工程的海外项目,2013年10月由中国科学院院长白春礼在智利主持了正式揭牌成立仪式,中心的工作服务于全国天文界,旨在加强我国与南美特别是智利的天文合作。“中智双边天文科学研讨会”是中智天文学家主要的交流平台之一,由中智双方轮流举办,自2011年已举办四届,均取得良好效果,增进了中智双方的了解和信任,促成了一系列的交流与合作项目的开展。

中科院国际合作局美大合作处孙辉处长讲话
中国科学院国家天文台薛随建副台长讲话
中国科学院南美天文研究中心首席科学家黄家声主持会议
智利天文学会主席、智利大学教授Patricio Rojo介绍智利天文发展情况
参会者热烈讨论


此次第五次双边会议,吸引了来自我国和智利超过20个主要天文研究机构的70余名专家、青年学者和学生参加会议。会上,中心首席科学家黄家声、云南天文台白金明台长分别对来宾表示了欢迎;中科院国际合作局美大合作处孙辉处长、中国科学院国家天文台副台长薛随建发表了重要讲话,皆对会议给予了指导和支持;智利天文学会主席、智利大学教授Patricio Rojo及智方代表对中智天文合作寄予了很高的期望,并提出了很多建设性意见和建议;中心副主任王炜及首席科学家黄家声详细介绍了中心的工作进展及今后的发展目标。参加会议的中科院各天文科研院所、中国各大学天文院系、智利主要天文研究机构的负责人或代表分别就各自单位的天文研究情况进行了综合介绍,并做了精彩的学术报告。在为期四天的会议中,中智两国天文学家相互切磋,深入交流,寻找进一步合作的契合点。此次双边会议,对促进中智天文学交流,及促进基于南美天文中心开展更为广泛的国际合作有重要意义。