星系形成和演化.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,星系形成和演化,景益鹏,上海交通大学天文天体物理中心,中国科学院上海天文台,本讲内容,回顾：宇宙结构,近邻星系的主要观测性质,星系形成的理论基础,高红移星系和星系的演化,回顾：宇宙结构 由近及远,太阳系系统,它是那样自由而宁静,Distance O_Period,Name#Orbits(000 km)(days)Incl Eccen Discoverer Date A.K.A.,-,Sun,-Sol(,0,),Mercury,I Sun 57910 87.97 7.00 0.21 -(,0,),Venus,II Sun 108200 224.70 3.39 0.01 -(,0,),Earth,III Sun 149600 365.26 0.00 0.02 -(,0,),Mars,IV Sun 227940 686.98 1.85 0.09 -(,0,),Jupiter,V Sun 778330 4332.71 1.31 0.05 -(,0,),Saturn,VI Sun 1429400 10759.50 2.49 0.06 -(,0,),Uranus,VII Sun 2870990 30685.00 0.77 0.05,Herschel,1781 (,0,),Neptune,VIII Sun 4504300 60190.00 1.77 0.01,Adams,(,9,)1846 (,0,),Pluto,IX Sun 5913520 90550 17.15 0.25,Tombaugh,1930 (,0,),Moon,I,Earth,384 27.32 5.14 0.05 -Luna(,0,),银河系 （千亿个恒星组成）,太阳：距银河系中心,2.4,万光年,Coma,星系团方向的近邻星系的空间分布（美国为主的国际,斯隆巡天,）,银河系,星系团：,10*,（,14-15,）太阳质量（一百万亿至一千万亿太阳质量）,5,兆秒差距（,Mpc,）,银河系：,10*12,太阳质量（一万亿太阳质量）,600,千秒差距（,kpc,，,pc,3,光年）,100 Mpc,宇宙结构：它是那样寥廓而深邃,银河系中心：一百万个太阳质量的黑洞,黑洞吸积和星系活动,恒星运动轨道和黑洞的质量测量,宇宙大尺度结构和星系形成与演化,早期,大爆炸,第一代,结构,现在,宇宙年龄：,0 35,万年,7,亿年,137,亿年,最简宇宙模型：,1,）大爆炸模型：宇宙学原理广义相对论,2,）原子（重子）物质冷暗物质宇宙学常数,3,）原初高斯密度涨落，功率谱为,P(k),k*alpha,(alpha,约为,1,）,宇宙微波背景的温度分布,天文学研究前沿问题,以揭示宇宙暗物质、暗能量的物理本质和研究宇宙起源为主要目标的观测宇宙学研究,以研究恒星和星系的起源和演化为主要目标的宇宙结构形成研究,以研究黑洞的形成和黑洞的物理作用为主要目标的天体剧烈活动研究,以探索宇宙中生命起源为主要目标的行星和行星系统的搜寻和研究,美国天文天体物理十年规划,优先科学目标,searching for the first stars,galaxies,and black holes,（寻找第一代恒星、星系和黑洞）,;,seeking nearby habitable planets,（寻找可居住行星）,;,advancing understanding of the fundamental physics of the universe,（推进对宇宙基本物理的了解）,近邻星系的性质,基本天文测量,照相（图像；,photometry,）观测：寻找天体以及（某一波段）亮度,光谱（,spectrum,）观测：物质成分、谱线移动（运动速度）和宇宙学红移（距离）,照相和光谱例,星系形态的分类,(Hubble),E,S0,S,S-Bar,Irr.,1,亿个星系的照像图像；,100,万个星系的光谱,SDSS,巡天,斯隆巡天,的一般星系（,r17.7),和亮,红星系分布,(Blanton and SDSS),光谱：,SED,（,Spectral Energy Distribution)+,谱线,-,丰富信息,星系物理性质的定量描述,星系尺度,r50,：,half-light radius;r90,星系颜色，如,g-r,星系分布形状：,Sersic profile,星系恒星质量,M*;,光度,Mr,星系年龄：,t,；,D4000,星系速度弥散,星系的重元素含量（,metallicity,光谱类型；,星系形态,星系物理性质总结,颜色分布，年龄分布呈现双模；,速度弥散（旋转速度）、质量（光度）、星系尺度等存在相关关系,（,Tully-Fisher,Faber-Jackson),；,质量大的星系年龄较大（,D4000,），颜色越红；,质量小的星系，接近漩涡星系（,n=1,）；质量大的星系，接近椭圆星系（,n=4,）,星系的统计性质,光度函数：单位体积单位光度间隔内的星系数目,质量函数：单位体积单位质量间隔内的星系数目,某一性质星系的光度函数，质量函数：反映一定性质的星系数目,与大尺度结构环境的关系,Two-point Correlation Function,(r,12,),dP=n,2,1+,(r,12,)dv,1,dv,2,Redshift two-point correlation functions(,Li,Cheng,JYP,Kauffmann,G.,S.D.M.White,G.Boerner,F.Z.Cheng,astroph/0509874;0509873),红移空间的星系两点相关函数（李成等）,Luminosity dependence of the bias(r_p=2.7 Mpc/h),Stellar mass dependence,Li,et al 2005a,b,星系成团的幅度，即偏袒因子,b,，随光度（上图）和恒星质量（下图）的变化。,Dependence of CF on physical properties(Li et al.2005a,b),星系的成团性随颜色、光谱特征（恒星形成的历史）和密集参量、恒星质量面密度（星系结构和形态）的变化,Velocity vs,luminosity,(Li,et al.,2005a,b),星系相对运动的速度弥散随光度的变化，反映不同光度的星系的暗物质结构环境,黑洞与星系的共同演化,黑洞吸积和星系活动,星系形成的理论基础,宇宙大尺度结构的形成,WMAP5,年温度分布（,z,1100,）；密度变化,1/10000,数值模拟宇宙密度分布（,z=0);,密度变化,1000,倍,星系形成,的主要物理过程,Gas cooling and disk galaxy formation;,Galaxies falling into bigger halos with halos merges;ram pressure and tidal stripping may take away hot gas,cold gas,and even stars from satellite galaxies;,Mergers of gaseous galaxies lead to starbursts;,dry mergers are important as well;formation of E galaxies,Black holes grow with merges and accretion;,Supernova feedback and AGN feedback,Okamoto et al.2005,MNRAS,363,129,Formation of galactic disk depends on the formation of stars and the feedback;much more complicated than the conventional disk formation scenario in which disk is related to the spin of total gas within the host halo,Strangulation:hot gas stripping,Gravitational tidal force can remove cold gas and even part of stellar mass of a satellite galaxy,Wang,H.Y.,Jing et al.,in preparation,Hierarchical formation,galaxies falling into bigger halos,and galaxies merge,One can understand the formation of galaxies from their environments,Orientation of central elliptical galaxies,Downsizing evolution,Color distribution of satellite and centrals,Starbursts and relation to galaxy interaction,AGN activities,星系的,星系形成理论的研究方法,解析方法：定性研究,数值模拟：流（气）体、,N-,体模拟，是原则上唯一可行的方法。但由于物理过程的复杂性（恒星形成，,AGN,，湍流，激波，辐射等），还是有实际的局限性。是当前的工作重点,星系形成的半解析模型：主要物理过程由解析模型,+N,体模拟经验结论,+,观测经验。半定量理论，对于理解观测结果重要,非常具有挑战性,高红移星系：星系的演化,早期,大爆炸,第一代,结构,现在,星系数目的演化,第一代星系的形成,宇宙中的恒星形成历史,展望,理论模拟：需要大量的研究；以往,SPH,流体模拟很可能存在巨大的问题（,arXiv1110.5635,）,观测方面（星系演化、高红移）：,1,）,deep infrared,：,James Webb ST,2,）,Multi,band Photometry,（,LSST,）,3,）,Redshift Survey,（,Subaru,et al,）,