2000学术研究情况

宇宙论 Cosmology

陈建生、张浩彤和薛随建等继续利用俄罗斯特殊天体物理台的6米望远镜对BATC的巡天区域进行多目标光纤光谱观测,以建立各类天体的完备SED样本。 经过数据处理得到部分子天区的数百条各类天体的光谱,从其中具有较高信噪比的光谱分析来看,验证了基于BATC多色系统的SED分类方法的有效性;但更为定量的结论还有待于更多的高质量的观测结果。另外,由陈建生发起的、与俄罗斯特殊天体物理台和亚美尼亚比拉干天文台的国际合作项目'高红移星系巡天'进展顺利。关键的终端设备SCORPIO缩焦器、暗天体光谱相机和CCD控制器等已安装测试成功, 2001年8月将正式投入科学观测。利用比拉干天文台2.6米望远镜,该系统在正常天气条件下(Seeing: 2")经1小时曝光,14'×14'的视场可达极限星等 R=25.0。

邓祖淦在2000年的主要的工作集中于下述二方面:1)利用分离小波变换对大尺度结构进行了多方面的分析。探讨了星系形态分层对尺度的依赖,由此得出星系形成的偏袒与尺度有关;利用分离小波变换讨论了星系团的选取和由此选出的星系团的丰度、分布等性质;并进一步研究了利用小波分析消除宇宙参数简并的可能性. 2)利用可能获得的最新样本对非常大尺度上星系分布的特征进行了分析。主要探讨了大尺度结构中的典型尺度和星系在非常大尺度上的分层或偏袒。同时,参加了对红外星系的光谱、形态和X射线性质的研究。特别是对Mkr273的X射线性质的研究。

活动星系核 Active Galactic Nuclei

 

曹新伍等对一类星体样本进行了研究,发现其射电延展辐射是喷流功率的指示。他系统地研究了平流主导吸积流的热X发射线轮廓,表明通过对谱线轮廓的研究可以得到描述平流主导吸积流的重要物理量。

在本年度,樊军辉主要讨论blazar天体的光变性质,包括长周期光变的搜寻、伽玛噪blazar的中心黑洞质量的估算以及伽玛射线与发射线之间的关系。他们发现,在PKS2155-304的光变曲线中有4.16和7.0年的周期。他们收集了一个射电选BL LAC天体的光学数据库,并在此基础上讨论了十几个天体在1.3-17年范围之内的长光变周期。从PKS 0235+164 的短时标出发,他们估算出在其中心有一个106个太阳质量的黑洞。伽玛射线和发射线之间的相关说明SSC模型比EC模型好。2000年10月,他们利用格鲁吉亚的阿巴斯图玛尼天文台的70cm望远镜对伽玛噪blazar进行了观测。

王建民在2000年主要进行了三方面的研究:1)Blazar型天体甚高能TeV辐射的内秉限制 (Wang, J.M., 2000, ApJ, 538,181)。在目前看来,现有宇宙背景辐射对Blazar型天体甚高能TeV辐射的限制已经不能解释最近的观测。这使得人们思考宇宙背景限制以外的机制是否在起作用。他们发现宽线区云团对同步辐射光子的反射可以有效地吸收逆Compton散射产生的TeV光子。这个限制还可以给出相对论运动的下限,这是迄今唯一的限制。 2)ADAF物质抛射:可观测的特征 (Wang, J.M., Yuan, Y.F., Wu, M., & Kusunose, M., 2000, ApJ, 541, L41)。人们已经清楚由粘滞耗散的引力能在光学薄的介质中不能有效地辐射出去。这意味着引力能将有效地转化成介质的内能。观测表明射电强类星体可能是ADAF主导的天体。在活动星系核的环境中,他们考察了ADAF物质抛射的可观测特征。发现抛出的介质将不可避免地膨胀,与周围介质相互作用,产生强激波,将电子有效地加速成相对论电子。这过程将产生两个可观测的结果:非热辐射的爆发和高能复合发射线的产生。 3)黑洞附近相对论喷流中发射线的观测轮廓(Wang, J.M., Zhou, Y.Y., Yuan, Y.F., Wu, M., & Cao, X., 2000, ApJ, 544,381)。在X射线双星光学谱线和活动星系核X射线谱线中,已经有强烈的证据表明相对论性喷流中有发射线辐射,而且离黑洞很近。为此,他们详细计算了黑洞附近相对论喷流中发射线的观测轮廓。计算结果发现谱线轮廓特别复杂:在相向运动的喷流中,谱线可出现单峰和双峰,但背向运动的喷流中,谱线可以出现双峰、三峰和四峰。谱线轮廓强烈地依赖于:黑洞旋转、喷流运动速度分布

和观测者取向。

袁 峰本年度主要做了两项工作。ADAF模型被认为是银心射电源Sgr A*以及附近巨椭圆星系如M87等的可能的标准模型。然而为验证该猜测而进行的射电观测表明,虽然ADAF模型很好的解释了X射线谱,模型的射电预言却不幸高了2-3个量级。因此,他提出了含喷流的ADAF模型,较好地解决了这个问题。第二个工作是提出一种新的吸积盘模型。目前的吸积盘模型有三个:标准盘、ADAF盘以及SLIM盘。ADAF盘是其中唯一的热盘,然而由于它辐射效率低,对应的吸积率小,故只能解释低光度X射线系统。他提出的亮和热吸积盘对应的系统吸积率大,吸积效率高,故有望解释高光度系统,如银河系X射线源的高和甚高态,窄线Seyfert I星系核等。

星系 Galaxies

常瑞香等人在以前工作的基础上,将Efstathiou (2000) 给出的恒星形成速率引入到银盘化学演化的双成份模型。为了考察不同形式的气体内落速率对银盘气体演化的影响,他们考虑了四种模型,并将模型预言与观测结果进行了比较。结果表明,气体内落时标是否随银心距变化对银盘演化的影响较大,撚衫锵蛲鈹形成的模型给出银盘在不同的演化时间仍然可用指数盘来拟合,但特征尺度随时间的增加而增加。另外,结果表明,与Chang et al (1999) 采用的恒星形成速率(SFR)相比,本工作所采用的SFR更强地依赖于气体面密度,这对银盘的气体演化和恒星形成历史影响较大。

马 骏研究M33中星团的金属丰度和年龄的分布。M33是离银河系较近的(720 kpc),视尺度(直径75角分)仅小于M31的本星系群星系,是BATC巡天的目标天区之一。对它进行了13波段的观测,总嚗光时数为32.75小时。星系是构成宇宙的基本元素,只有对星系有了比较深入的研究,才能最终对宇宙的形成、结构和演化有所了解。构成星系的绝大物质应该是恒星,但研究星系中单个的恒星几乎是不可能的,所以对星系中星团的研究显得很重要。对星系中星团的研究可以了解星系中恒星形成的历史和现。Chandar 等(1999)利用Hubble望远镜对M33的20个区域(主要是临近核区和旋臂)进行了三波段观测,确认了60个星团,给出了每个星团精确的赤经、赤纬坐标。马骏通过测光并同理论模型进行比较,对这60个星团的年龄和金属丰度的分布进行了研究。

吴 宏利用BATC的长曝光的图象,对侧向星系NGC4565进行深度面源测光。星系在垂直盘面的方向的轮廓延伸到近30kpc,达到29等,远远超过了前人的工作。利用得到的星系轮廓数据,建立了一个二维三成分的模型。模型包括薄盘、厚盘以及幂律晕,共12个自由参数。通过最小χ2的方法,得到了一组最佳的12个参数。薄盘和厚盘的结果与前人的结果一致。同时,他们还得到了准确的幂律晕,其体光度以-3.88次幂下降,完全排除了此星系具有大质量光度晕的可能(体光度以-2.0次幂下降)。表明恒星光度晕不可能解释漩涡星系平的旋转曲线。

周 旭与课题组的其他成员一起继续进行BATC巡天工作。在基础性工作方面,致力于改善观测设备,提高数据产出的质量。在具体工作上,从新整理和规范了常规观测的方法和制度,加强对观测的规范管理和观测人员的培训。本年内又积累了许多观测资料,保证了课题的全面展开。观测上实行以观测人员为主、研究人员为辅的方式。在保障数据质量的同时,把研究人员的主要精力放在科学产出上。在硬件上,计划更新CCD探测器和控制器、改造自动导星系统。在研究工作方面,重点放在为扩大BATC课题而展开的国际合作。1999年,开始与俄罗斯进行合作观测。本年度得到俄罗斯6米望远镜2次无月夜观测时间,利用他们的多目标光谱仪对BATC选区的天体进行了观测。2001年的观测计划正在准备之中。观测资料的初步处理的结果表明BATC观测的可靠性。同日本科学家开展星系团方面的合作还在进行。同国内多个创新团组之间的合作还在继续。通过与俄罗斯合作,在类星体观测方面有了很大的进展。首次与日本人关于星系团的合作研究进展顺利。目前关于第二个星系团Ab2634的研究已经开始。HH天体研究方面又有许多新的发现并发表了新的学术论文。星系的星族合成的研究取得了阶段性的成果,学术论文已经发表, 课题正在向深入和拓展两方面发展。继续发现多颗小行星并初步开始了小行星的研究工作。除上述BATC工作外,还进行了活动星系核研究及对BATC天区有关天体的交叉证认工作。总体来看,与本课题相关的科学产出有了较大的提高。

邹振隆和韩金林讨论了旋涡星系中统一标度律的物理背景,在一些假设下导出了光度、旋转速度和半径之间经验关系L ?(VR)α的幂指数?=4/3,与观测数据的拟合值1.3一致 。他们还讨论了在3维参数空间中数据弥散的可能原因,尝试用I波段新数据对V和R作不等幂拟合,发现L ? V2R弥散最小。

恒星物理 Stellar Physics

邓李才的工作主要在两个方面:1)为两个年级的研究生讲授摵阈墙峁购脱莼瘮课程;2)进行恒星演化和疏散星团的研究。在疏散星团NGC188区域开展变星搜寻,发现了几个变星。为了使这项工作具有更坚实的基础,他对HR图上的不稳定区进行了理论研究并在几篇文章中给出了Beta Cephei 和Delta Scuti不稳定带的新的定义。根据新的观测结果和脉动模型,他给出具有大质量损失率的大质量恒星的新模型。它们可用于年青星族的研究。 

张华伟完成了大样本极端贫金属恒星的高分辨率、高信噪比光谱观测和处理工作,经过模型计算和丰度分析,得到17种元素的元素丰度。使用依巴谷卫星的高精度天体测量数据得到样本恒星的运动学参数。分析了各种元素丰度与金属丰度和运动学参数的变化规律。另外,对太阳近邻恒星HD131023进行了仔细全面的丰度分析,发现其重元素相对太阳超丰。 

张 波研究了Ba星系统在星风质量吸积过程中轨道参量的变化。用整个系统的角动量守恒条件代替切向动量守恒条件, 考虑轨道偏心率的高次项,推导出星风质量吸积及轨道参量变化方程,在新的轨道参量变化方程的基础上计算了外赋AGB星系统的星风质量吸积及轨道参量的变化。从计算结果可见,对Ba星系统,当轨道周期终值大于1600天时,属于星风吸积,小于600天成为灾变双星,由此可以解释Ba星的重元素超丰和轨道参量的观测事实以及观测到的外赋S星轨道周期的600天下限;随着星风吸积过程的进行,系统的轨道周期逐渐增大,而轨道偏心率变化很小,由此可定量解释有关Ba星轨道根数的观测事实。

高能天体物理 High Energy Astrophysics

乔国俊等人继续从事射电脉冲星辐射机制的研究的同时,他们关注从观测上发现中子星和异星的可能的差别,关注反常X射线脉冲星的观测和理论研究。在射电脉冲星辐射机制的研究方面,他们特别关注观测和理论之间的联系以及观测对理论参数的限制。他配合徐仁新和张冰关注从射电脉冲星,反常 X射线脉冲星和软伽吗重复暴爆的观测中发现中子星和奇异星的可能的差别。

吴鑫基的研究工作有如下几个方面:脉冲星的观测研究、脉冲星候选者的研究和脉冲星平均脉冲不对称性的研究。 主要的研究是利用乌鲁木齐天文站25米射电望远镜进行脉冲星观测。在18厘米波段,每7天~14天对74颗脉冲星进行一次系统的观测,获得它们的位置、周期和周期变化率、周期噪声和流量密度变化的资料。在7月15日发现了蟹状星云脉冲星的一次中等强度的周期跃变事件。利用消色散系统的128个频率通道,对8颗比较强的脉冲星进行星际闪烁的观测,以研究脉冲星的自行。新增49厘米波段脉冲星接收系统和92cm 与49cm同时观测的接收系统,成功地进行了观测实验。利用49cm和92cm两个波段分别对18颗脉冲星的流量密度和平均脉冲轮廓进行长期的监测,获得流量密度长期变化的资料,发现PSR0329+54的平均脉冲新的变化模式。

徐仁新等人除继续研究脉冲星的射电辐射过程之外,还对"脉冲星是奇异星"这一想法的可能性和若干后果做了仔细研究。他们认为超新星爆发后新诞生的奇异星只能具有约10^{-15} M⊙的壳层,并且其极冠区是裸的。另外,他们也对原奇异星磁场起源的磁流体力学发电机过程作了探讨。

吴学兵本年度主要在德国马普天体物理所从事致密天体吸积盘理论的研究工作。他利用吸积盘边界层振荡模型很好地解释了中子星X射线双星准周期振荡现象。在考虑粘滞性和三维扰动的情况下,发展了吸积盘振荡模型并将其用于解释在X射线双星系统里的高频准周期振荡现象以及它们与低频振荡的相关性。另外利用吸积盘模型对一些最近才有准确黑洞质量测量的Seyfert星系核和类星体的吸积率进行了估计,发现了这些天体多波段光度与吸积率的相关性,讨论了这些天体中心吸积区与本底星系的物理联系。

薛随建与周 旭等BATC其他成员合作,利用北京天文台60/90 厘米Schmidt望远镜和覆盖3360-9745A 范围的15个中波段滤光片,对T329天区中1平方度内的75个X射线源进行多色CCD观测。根据光谱能量分布的分类方法来寻找每个X射线源的光学对应体,其目的是要获得一个X射线选的活动星系核样本,以便日后对其进行研究;并比较AGN巡天中X射线和UVX方法的选择效率。

彭秋和的研究主要在以下两个方面:(一)超新星与核天体物理:1)继续进行他们曾经提出的超新星内部电荷屏蔽对电子俘获过程的影响。对超新星爆发前由于电子俘获过程引起物质电子丰度下降最有影响的20个核素, 计算了电荷屏蔽对这些核素的原子核上电子俘获率的影响与电荷屏蔽对电子丰度下降速率的影响。计算表明,电荷屏蔽效应将使这些核素的电子俘获率和电子丰度下降率减少10-15%左右。2)基于电子俘获过程是引起II型超新星和Ib型超新星核心坍缩的主要物理原因,通过电荷屏蔽效应使电子俘获率下降的研究,他们探讨了电荷屏蔽效应对超新星坍缩核心质量的影响。计算表明,利用简单的Salpeter屏蔽势,电荷屏蔽效应只能使超新星坍缩核心质量减少1%左右,这不能导致超新星瞬时爆发机制的成功。他们估计,若欲使超新星坍缩核心质量减少5%,则需要电荷屏蔽势增强30-50倍。这同近年来人们关于电荷屏蔽对热核反应率增强因子的探讨趋势是一致的。3)基于(Hartree-Fock多体理论中)延展Skyrme型相互作用(例如,SKM 和SG2)上获得的一组新的(核物质)状态方程,他们重新计算与探讨了中子星的整体结构:计算了中子星的极大质量,引力红移,惯量矩等等重要物理量,结果都同观测以及glitch模型相一致。他们还计算了中子星的冷却率,结论是修正的Urca过程的冷却率较缓慢。4)他们对AGB星中子俘获元素丰度及其有关规律进行了统计研究;还对通过星风吸积形成的Ba星的轨道根素进行了计算研究。 (二)星系结构的研究:对星系盘的厚度对星系旋臂结构,星系盘的稳定性,密度波的群速度以及星系晕质量等问题和物理量的确定的影响进行了较为系统的计算与讨论。提出确定face-on星系厚度的第二种方法(第一种确定face-on星系厚度的方法是彭秋和在1988年提出的)。

恒星形成 Star Formation

恒星形成研究小组的吴月芳等在分子云稠密核的光薄分子13CO J=1-0和C18O J=1-0谱线巡测的基础上,运用易激发的CO J=1-0谱线,在紫台青海站13.7米望远镜上,对相应区域的动力学特征进行搜寻,获得了近200个源的CO J=1-0光谱。用发射强度、速度及线宽,对云的演化状态和年轻星体的活动进行了考察,得到了79个高速双极外向流的侯选体,发现了4个新的外向流,其它12个还在成图证认中。结合IRAS、MASS和脉泽资料,对外向流的成协源性质和可能的驱动机制进行了考察。与科隆大学Gornexgrat天文台合作,对10个源作了CO J=3-2亚毫米谱线成图观测,有3个是外向流。在TMC-2A中还发现了旋转方向相反的两个核。将高J CO跃迁和CO J=1-0谱线测得的外向流的参量作比较研究,以探讨外向流的实质。与北台天文小组合作,对相互作用星系Arp299中恒星形成进行了研究。用北台兴隆站2.16米望远镜对该系统作了二维Hα光谱观测,已获得其动力学结构及恒星形成区域,结果正在进一步分析中。他们考察了近400个HH天体的激发源,获得其发射强度分布及颜色特性。运用这些统计结果,又证认了一批新HH天体的激发源,这些结果也可运用于新HH天体的搜寻。为了在稠密气体区域和年轻天体的研究中运用ISO资料,他们已安装了IDL平台,目前正在进一步调试中。

毛信杰致力于暗分子云B5的温度结构的研究,他提出一个理论模型来解释云边缘温度升高这一问题。他假设:1)云是数密度相同的球体,并且在其中心区域有一个核;2)云作为刚体在z方向以固定不变的角速度旋转,并且磁力线也与z轴平行;3)暗云是弱电离的等离子体。为维持云内的磁场,电流J必不为零,但根据Ampere定律??????J?c估计Vi ≈ Ve 很小,因此中性粒子和等离子体形成二流体MHD系统。由于双极扩散及云的转动能量的耗散,云的势能转化为热能,该热能导致边缘温度上升。

太阳物理 Solar Physics

汪景琇和张 军启动对全球尺度的日冕物质抛射的研究,集中证认对地日冕物质抛射产生的日面源区,磁场演化特征和日冕物质抛射初发的物理过程。日冕物质抛射既区别于导致局地太阳大气加热和辐射增长的太阳和恒星耀斑,也区别于准直定向的天体物理喷流,是大范围乃至全球范围太阳磁场不稳定性发生和成团等离子抛射的物理过程,在行星际表现为磁云。在其他天体物理对象中尚未发现对应现象。他们的初步结果已发表在Geophys. Res. Lett 和 Astrophys. J. Lett., 多篇论文已寄送 Astrophys.J.Sol.Phys. and J.Geophys.Res.。

小行星 Asteroids

朱 进利用北京天文台0.6/0.9米施密特望远镜和2.16米望远镜开展了对近地小行星2000 DP107的测光和光谱观测。本年度这方面的工作尚处于开始阶段; 从下一年开始,有关的工作将得到国家自然科学基金的支持, 并有一定的研究生和观测时间的投入。