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國(guó)家天文臺(tái)旋渦星系初始質(zhì)量函數(shù)研究獲進(jìn)展

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國(guó)家天文臺(tái)旋渦星系初始質(zhì)量函數(shù)研究獲進(jìn)展

摘要: 　　中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)學(xué)習(xí)人員最近利用世界最大積分場(chǎng)巡天數(shù)據(jù)首次觀測(cè)到旋渦星系中恒星初始質(zhì)量函數(shù)的變化。恒星初始質(zhì)量函數(shù)（IMF）是當(dāng)前星系形成演化的熱門話題之一。在星系中，不同質(zhì)量的恒星往往是在一個(gè) ...

　　中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)學(xué)習(xí)人員最近利用世界最大積分場(chǎng)巡天數(shù)據(jù)首次觀測(cè)到旋渦星系中恒星初始質(zhì)量函數(shù)的變化。恒星初始質(zhì)量函數(shù)（IMF）是當(dāng)前星系形成演化的熱門話題之一。在星系中，不同質(zhì)量的恒星往往是在一個(gè)分子云中批量形成的。而初始質(zhì)量函數(shù)則描述了恒星形成時(shí)，不同質(zhì)量的恒星所占的比例，即數(shù)密度隨質(zhì)量的變化。初始質(zhì)量函數(shù)對(duì)星系恒星質(zhì)量的測(cè)量等有重要意義。
　　學(xué)習(xí)恒星初始質(zhì)量函數(shù)的最直接的辦法就是通過恒星計(jì)數(shù)，但對(duì)于遙遠(yuǎn)的河外星系，當(dāng)前的望遠(yuǎn)鏡還難以分辨單顆恒星，因此需要其他間接的方法來學(xué)習(xí)初始質(zhì)量函數(shù)。國(guó)家天文臺(tái)博士生李弘宇、助理學(xué)習(xí)員葛均強(qiáng)以及學(xué)習(xí)員毛淑德（兼清華大學(xué)教授）等人，利用當(dāng)前世界上最大的積分場(chǎng)巡天項(xiàng)目——SDSS-IV MaNGA數(shù)據(jù)，結(jié)合星族合成以及星系動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)816個(gè)河外星系的初始質(zhì)量函數(shù)進(jìn)行了學(xué)習(xí)，這也是首次利用積分場(chǎng)光譜對(duì)旋渦星系的初始質(zhì)量函數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，該成果即將在國(guó)際期刊天體物理期刊發(fā)表。
　　MaNGA（圖1）是當(dāng)前世界上最大的積分場(chǎng)光譜巡天項(xiàng)目，利用多光纖束拍攝星系的積分場(chǎng)光譜，從而得到大量的星系光譜、速度場(chǎng)等信息。
　　利用積分場(chǎng)光譜數(shù)據(jù)，通過星族合成和動(dòng)力學(xué)模型都可以得到星系的恒星質(zhì)量。但星族合成得到的恒星質(zhì)量依賴于初始質(zhì)量函數(shù)。因此，通過比較兩種方法得到的恒星質(zhì)量，便可以限制星系的恒星初始質(zhì)量函數(shù)的形式。圖2顯示了816個(gè)星系的初始質(zhì)量函數(shù)隨星系速度彌散的變化。其中縱軸代表了通過動(dòng)力學(xué)得到的恒星質(zhì)量與通過星族合成得到的恒星質(zhì)量的比值，該比值代表了星系的初始質(zhì)量函數(shù)。橫軸為星系速度彌散。可以看到，速度彌散較高的星系接近于Salpeter初始質(zhì)量函數(shù)（恒星形成時(shí)小質(zhì)量恒星比例較大）；而速度彌散較低的星系更接近于Chabrier初始質(zhì)量函數(shù)（小質(zhì)量恒星比例較�。＿@反映了不同星系中恒星形成可能受壓強(qiáng)、湍流等物理參數(shù)影響，但初始質(zhì)量函數(shù)變化的真正起因仍舊是一個(gè)謎。
　　斯隆數(shù)字化巡天（SDSS）介紹：該巡天是世界上迄今為止最大規(guī)模的星系圖像和光譜巡天項(xiàng)目。自本世紀(jì)初開始實(shí)施，到2014年7月來已完成三個(gè)階段的巡天任務(wù)，獲得了全天四分之一的光學(xué)圖像和超過100萬星系、類星體和恒星的光學(xué)光譜數(shù)據(jù)，產(chǎn)生了大量具有革命性的天文學(xué)學(xué)習(xí)成果，成為目前用戶最多、產(chǎn)出最豐、影響最大的地面光學(xué)和紅外觀測(cè)設(shè)備之一。從2014年8月開始，斯隆數(shù)字化巡天進(jìn)入第四期（SDSS-IV），該項(xiàng)目由來自全球四大洲40個(gè)學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)的200余位天文學(xué)家共同參與實(shí)施。國(guó)家天文臺(tái)與SDSS合作組于2012年12月正式簽署合作協(xié)議，成為SDSS-IV的所級(jí)成員單位。

　　圖1：MaNGA積分場(chǎng)光譜儀示意圖。天文學(xué)家通過使用六邊形的光纖束，可以對(duì)同一個(gè)星系中的多個(gè)位置進(jìn)行光譜觀測(cè)。左圖展示的是斯隆基金會(huì)望遠(yuǎn)鏡導(dǎo)入光纖束連接器的特寫。右下圖表示每一根光纖是如何觀測(cè)星系不同區(qū)域的。右上圖顯示的是兩根光纖觀測(cè)同一個(gè)星系兩個(gè)不同區(qū)域獲得的數(shù)據(jù)，表明中心區(qū)域與外部區(qū)域的光譜具有顯著區(qū)別。天文學(xué)家通過對(duì)光譜的分析可以獲得恒星和氣體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和化學(xué)元素等信息。

　　圖2：816個(gè)星系的恒星初始質(zhì)量函數(shù)隨星系速度彌散的變化，其中紅色圓圈代表橢圓星系，藍(lán)色方塊代表旋渦星系，黑色三角形代表之前ATLAS3D巡天的結(jié)果，其所有星系均為橢圓星系。國(guó)家天文臺(tái)旋渦星系初始質(zhì)量函數(shù)研究獲進(jìn)展  |  責(zé)任編輯：蟲子
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