广州大学物理与材料科学学院毛业伟老师团队在星系的多波段形态学研究方面取得新进展

广州大学物理与材料科学学院天文系教师毛业伟带领的研究小组通过分析由空间和地面望远镜观测到的远紫外—近红外多波段成像数据，得到了星系形态随波长的函数变化关系，并构建出星系核球和盘的多波段图像。研究论文发表在国际天文学权威期刊The Astrophysical Journal Supplement Series。

图1 . 由不同的空间和地面望远镜成像观测得到的星系M81在20个波段的图像，波长覆盖远紫外—近红外

01丨研究背景

星系的形态是星系最基本的属性，其中蕴含着星系形成和演化的信息。传统上对星系形态的观测及相关研究都是在单一波段进行，包括星系形态的证认结果也多来自单一波段。由于受到观测波段的限制，同一星系在不同的波长窗口会呈现出怎样的外观一直以来都没有明确的答案。在这种情况下，单一波段得到的形态特征用于其它波段就可能给研究结果带来很大的不确定性。如今，多波段天文学正在蓬勃发展，关于星系形态的多波段研究的条件已经具备。

02丨研究内容

这项研究选取离银河系较近的星系M81作为研究对象，搜集了目前已有的空间和地面望远镜观测到的远紫外—近红外一共20个波段的成像数据（图1），通过面亮度轮廓拟合对星系的核球和盘进行解构（图2， (1) 和 (2) 小图），得到核球和盘在这些波段的图像以及相应的形态学参数，从而清楚呈现形态随波长的变化（图2， (3) 小图）。研究发现，不同于其他波段，M81的经典核球在紫外波段表现出伪核球甚至无核球的特征（图2， (4) 小图），这一“变脸”现象意味着如果仅通过紫外波段（静止波长）观测将无法探测到经典核球。

这对于目前高红移星系的研究有重要的启示作用，因为观测高红移星系的波段多位于静止波长的紫外波段，核球（及球状星系）的数目有很大概率被低估。这项研究表明利用先进的詹姆斯-韦布空间望远镜（JWST）等设备在更长波长的窗口重新审视高红移星系，对检验星系形态证认结果以及星系形成和演化理论非常必要。

这项研究获得的核球和盘的多波段图像将在接下来的研究中用于构建这两个基本子结构系统的二维SEDs，绘制年龄、金属丰度等物理参数的空间分布，由此推断它们各自的形成和演化过程，并结合数值模拟，构建M81这类早型旋涡星系的组建和成长历史。

图2. 研究方法和主要结果 (1) 星系M81核球-盘解构方法示意图，展示了星系的观测图像、模型图像、观测减模型后的剩余残差图像，其中模型图像包括两个Sérsic成分（分别代表核球和盘）和一个PSF成分（代表星系中心的活动星系核）；(2) 星系和各组成成分的面亮度轮廓图；(3) 星系核球和盘的Sérsic指数（n）与波长的函数关系图，图中红色和蓝色数据点分别代表核球和盘；点虚线和点线分别是二次多项式和双斜率线性最佳拟合曲线；(4) 与 (3) 的数据点和曲线相同但附加不同的标注 —— (3) 中标出函数关系趋势， (4) 中标出核球形态类别的波长分歧（“变脸”）

03丨研究相关

论文题为《Multiwavelength Bulge–Disk Decomposition for the Galaxy M81 (NGC 3031). I. Morphology》，作者是广州大学物理与材料科学学院研究生龔俊宇，教师毛业伟（通讯作者），美国夏威夷大学博士后研究员高桦，德国马克斯-普朗克射电天文研究所洪堡博士后学者余思悦。该研究得到国家自然科学基金项目(NSFC)、国家天文科学数据中心粤港澳大湾区分中心的支持以及北京大学科维里天文与天体物理研究所(PKU-KIAA)的协助。

论文链接

https://doi.org/10.3847/1538-4365/acd554

https://arxiv.org/abs/2306.01605

转自：“广大科研”微信公众号

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