综述文章推荐-星族研究的基础与前沿

(大家好,好久不见了,其实我真的没有挂掉,也没有辞职,不过确实很抱歉这段时间完全没有打理Astroleaks;主要原因是自己的论文太消耗时间,同时在国外的时候遇到了一个很奇怪的问题,就是我单位的网络不能访问任何国台域名下的网站。。现在终于回国了,我还是会尽我所能的维护和打理这个小网站的;上篇帖子中一鸣同学提到的问题很好,我也在想怎么样才能让这个网站服务更多的同学, 之前的帖子可能看上去有些琐碎的一个原因就是,我个人一开始只把这里当成了一个论文推荐和简单介绍相关背景的网站,目的是让国内的研究生同学意识到利用astroph开展广泛阅读的重要性,换句话说,这里的介绍只能算是个因子,并不能代替真正的阅读过程;不过如果考虑到更多的本科同学,以后我也会尝试着不断调整文章的深度和背景知识所占的份额,包括文章的实用性的;总之一句话,Astroleaks是不会挂掉的,当然,也不是我一个人就可以维护的,还是希望更多的同学能主动的参与进来;今天刚回来,偷个懒,介绍两星族方面的综述文章)

文章: Stellar Populations

恒星的族群:

星族是一个很容易也很难定义的概念。容易的话,”在某些物理性质上拥有相近特征的一族恒星“就给出了一个泛泛的定义;但具体来说,星族的定义,或者说如何选取这些划分星族的物理性质是和你想回答的问题紧密相连的。一般说来,年龄,金属丰度定义了最基础的星族分类。但很多时候,空间分布,运动学特征,元素丰度比等可以把星族的定义进一步的细化。在研究银河系内部恒星结构的时候,在速度空间的相似性可以帮助天文学家找出一条”星流“,而某种元素丰度的具体信息提供的化学标签甚至能让我们去推测这些结构的起源;在研究球状星团内部恒星性质的时候,不单单是金属元素,连He元素的丰度都成为了区分不同星族的重要标准;然而在解释遥远的河外星系的整体辐射的时候,星族的概念又简化成为了星系内所有恒星的集合,因为对于这些天体,得到其光度或者质量加权的平均星族年龄和金属丰度,已经是目前所能达到的极限。


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图一:HST观测下的临近星系M51中被分解出来的单个恒星,左右两图展现了旋臂上和旋臂间星族的显著差别

不管用在什么领域,具体定义如何,星族性质,都一直会是研究星团,星系这样的大量恒星集合天体的重要手段。恒星在星系中诞生,消亡,随着星系的演化迁移甚至重新排布,和星系中的各种星际介质一起,组成了星系中可以被观测到的重子物质成分。尽管在现在的星系结构的图景下,这些恒星成分仅仅是星系居住的暗物质晕中心微不足道的一点点光亮,但正是这些在百亿年的时标上不断从气体中诞生的微弱的亮点,成为了指引着我们上溯到星系形成尽头的灯塔。从恒星演化模型在上个实际40-50年代初步成型,初始质量函数概念被提出,到70-80年代,演化星族方法逐渐成为现实,银河系和其他河外星系的恒星形成历史被越来越精确的揭示出来,到21世纪初期,SDSS这样的巡天显著的改变了银河系和河外星系的研究面貌,星族性质的研究一直在不同的领域和尺度上不断的带给我们新的认识和新的问题:为什么星系暗物质晕质量函数和恒星质量函数在高和低质量端都显示出了显著的差别,这是否能告诉我们在不同质量的Halo中星系形成的效率和重子过程的重要性?为什么在宇宙恒星形成率密度最高的时期,活跃的星系在恒星质量和恒星形成率之间存在着明显的关系,这个恒星形成的主序是否反应了星系中恒星质量快速聚集过程的面貌?为什么在相同质量的星系中,不光是星系的形态和结构,其恒星的平均年龄,丰度,元素丰度比,恒星形成率都能存在着很大的多样性,如果说暗物质晕的大小决定了有多少物质能用来形成恒星,那么是什么过程导致了这样的多样性?初始质量函数是否不是一个Universal的概念,而是随着时间,环境,金属丰度在不断的变化,临近宇宙中大质量早型星系的中心,是否存在着样貌出乎意料的初始质量函数的证据?究竟是什么样的过程,导致了曾经被认为是均一星族的最佳代表的球状星团中出现了多条主序,多条红巨星支和奇异的元素丰度模式的现象?等等等等。。从太阳系身边的恒星,到距离我们几十kpc的星团,再到红移超过4.0的遥远星系,要想获得他们形成和演化过程中的重要信息,星族性质,是不能不考虑的重要线索


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图二:HST/ACS观测得到的本星系群中不同矮星系中恒星的星等-颜色分布,不同矮星系展现出了差异很大的恒星形成历史。

今天介绍的综述是来自去年Canary Island冬季天文学校:星系的久期演化 (Secular Evolution in Galaxies) 中的一个讲义,作者是以利用星系的颜色和光谱特征研究其演化著称的天文学家。文章的篇幅不长,和某些侧重讲技术的讲义不同,作者在简短的介绍了星族研究的发展和基础之后,花了很大的篇幅介绍了所有的星族研究都要依赖的星族模型的主要成分和构造方法。尽管在本科的天体物理教学中都会涉及恒星演化和初始质量函数这些重要概念的介绍,但是实际上很少接触到将这些概念联系起来,构造一族恒星演化模型的具体过程。所以本文的这部分介绍是很值得一看的。在接下来的文章主体部分,作者回到了自己的本行,如数家珍般的介绍了各种分析星族的手段和方法,以及能从这些研究中提取的信息。最后,作者还重点综述了近期他参与的部分工作中得到的星系星族平均性质和星系其他重要性质质量的标度关系(Scaling relations)的研究进展。总之,非常推荐有一定基础的本科同学和工作在相关领域的研究生同学阅读。

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