高红移星系研究
宇宙星系红移暨蓝移原因研究
¦ P Y 它是旋转电场加载到物质电场上向 3 µ
D
外传播形成的光波波长。
H
=
(D =µD
光波增长了。河外星系位于银河系 之外，其星光需要经过长距离的传 播才能到达地球。这些星光方向与银 河系星光相反向，河外星系星光长距 离的逆向的穿梭在银河系发射的光波 场中。我们在观测一个远方的河外星 球时，看到的河外星球的光波实际上 是河外星球与银河系光波反向叠加形 成的一个减弱的复合光波。这些光波 逆向叠加，正反消减，从而降低了观 测到的光波强度。 假设有两个光源，光源1为E 1
■ 文／彭寿斌 彭 飞
I =H ±¦ U =H ±¦PY ±¦P Y H = ¦P Y H =
宇宙星系红移暨蓝移原因研究
20世纪初，斯里弗发现一 些遥远星系存在“红化”现象。 1923～1924年，哈勃与助手赫马森 发现这些遥远星系距离越远，红移 越大，造成星系红移的原因可能是 光波被拉长，而光波被拉长可能是 宇宙空间膨胀的结果。后来，一些 天文学家对某些类星体和亮星系进 行了统计、分析和研究，发现有些 互相联系的成协星系、类星体彼此 之间的红移量存在差异，有的还相 差很大，这些现象用宇宙膨胀无法 解释。宇宙膨胀理论解释红移现象 受到了学术界的质疑。
P Y DŽ 的强度式： ( ±¦ 。 =H ±¦ P ±¦ P ( Y 传 DŽ 播 （2 场 函Y 数 DŽ =H ±¦ P）光波电 ±¦ P ( 的 =H
D
U
(D µ
D
±¦ P 遥远星系红移产生的原因 式 ： E A（ t ） E a( ｛ c ±¦ o s P 2.2 ̙ (= ˄W˅ Y ̗FRV˄¹W˅VLQ˄¹W˅ →X ̙ =H ( ˄W˅ ( =H Y ̗FRV˄¹W˅VLQ˄¹W˅ P ±¦±¦ P ( ˄W˅ ( ¹ Y ̗FRV˄¹W˅VLQ˄¹W˅ ̙ Y 光 的 干 涉 和 衍射出现了明亮 （ ω t ） + =H s i n=H （ ω t ） ｝ ， 其 中 ±¦ P ±¦ P
星系红移的观测和分析方法
星系红移的观测和分析方法引言：星系红移是宇宙学中重要的观测现象之一，它揭示了宇宙膨胀的事实。
本文将介绍几种常用的观测和分析星系红移的方法，以帮助读者更好地理解和探索宇宙。
一、多普勒效应法观测星系红移多普勒效应是一种物理现象，它描述了由于物体相对于观察者的运动而产生的频率或波长的变化。
当一个天体远离地球时，它的光谱线会发生红移，频率降低；相反，当一个天体向地球靠近时，光谱线会发生蓝移，频率增加。
通过测量星系中物体的红移或蓝移，我们可以推断出它们的运动方向和速度。
二、哈勃定律与星系红移哈勃定律是描述宇宙膨胀的重要规律之一。
根据哈勃定律，远离地球的星系运动速度与距离成正比，这被称为哈勃常数。
我们可以利用哈勃定律来测量星系的红移和距离。
通过测量星系的红移，我们可以推算出它们的运动速度，再结合哈勃常数，就能计算出它们的距离。
这是一种重要的观测和分析星系红移的方法。
三、光谱分析法观测星系红移光谱分析是研究星系红移的另一种重要方法。
光谱可以将一个物体的光按波长进行分解，从而得到其特定的光谱线。
在星系中，我们可以通过观察物体的光谱线来测量它们的红移。
红移量可以通过相对于一些参考谱线的移动来计算。
例如，地球上的氢原子的谱线是已知的参考谱线之一，通过比较星系中氢原子的谱线和地球上的参考谱线，我们可以计算出星系的红移量。
四、背景辐射和星系红移之间的关系背景辐射是宇宙中普遍存在的微弱辐射，源于宇宙大爆炸产生的热能。
背景辐射的频谱呈黑体辐射分布，峰值位于微波波段。
通过测量背景辐射的频谱分布和星系的红移，我们可以研究宇宙的演化过程和星系的发展历史。
红移越高的星系对应于宇宙早期的形态，而红移较低的星系对应于宇宙较晚期的形态。
因此，背景辐射和星系红移之间的关系提供了宝贵的信息，帮助我们理解宇宙的起源和演化。
五、红移演化和星系形成的研究红移演化研究了星系随时间发生的红移变化。
通过观测大量的星系，并利用它们的红移信息，我们可以推断出宇宙中星系的形成和演化历史。
2主要学术成绩、创新点及其科学意义着重阐述近几年来在基础研究
2．主要学术成绩、创新点及其科学意义着重阐述近几年来在基础研究方面所取得的创新性研究成果，在国内外同行中处于何种水平，有哪些优势（5000字以内）；本群体主要从观测和理论角度出发，注重理论与观测密切结合，研究星系层次上的天体物理过程，最近几年的主要成果列举如下：2.1海量星系光谱数据物理分析方法的研究如何从海量光谱数据（基于SDSS或LAMOST）中抽取星系、活动星系相关的物理信息是基于光谱巡天数据开展星系和活动星系研究的基础。
基于主成分分析法(PCA)，李成等发展了一套独立的模型星系谱的方法, 通过与模拟样本的比较, 该方法能很好给出星系中恒星的光谱和速度弥散、以及星系的分类。
该方法被应用于Sloan数值巡天的大星系样本。
同时, 陆红琳、周宏岩等发展了一套基于独立成份分析法（ICA）对星系星光模拟的算法, 通过和PCA方法比较,发现ICA模型只需要一半的基成分就能重构星系的光谱, 对模拟样本的测试表明, 基于该方法除了能给出星系的恒星速度弥散、星系的平均内红化外，还能够较好地给出星系中星族的平均年龄、恒星质量。
该方法还能很好应用于活动星系与寄主星系的星光分开。
这些方法在星系的演化以及在星系和核活动关系方面的研究中获得了广泛的应用。
2.2高红移Lyα发射线星系的研究高红移星系的研究是当代河外天文研究的重要研究课题，是研究宇宙结构形成的物理过程和区别宇宙学模型非常重要的对象，研究宇宙的再电离过程有力工具，以及研究星系演化的必由之路。
由于观测的限制，特别是缺乏有效的候选天体发现方法，这方面的研究在国际上也是过去几年一直努力但没有突破。
王俊贤和他的合作者利用窄、宽带滤光片结合非常有效地找出一批高红移发射线星系的候选者，并用大望远镜光谱证实。
发现包括红移4.5,5.7和6.5在内的高红移星系300多个，获得Chandra 观测数据研究高红移Lyα发射线星系的X射线性质，排除了活动星系的贡献。
三篇相关研究论文被国际权威杂志《天文与天体物理年评》（ARA&A）综述文章正面引用。
高红移宇宙中的星系形成
高红移宇宙中的星系形成在宇宙的广袤之中，有着数不尽的星系，其中一部分在我们看来似乎是更加年轻的星系。
这些星系被称为高红移星系，其红移指的是光的波长的伸缩现象，它能够揭示出星系形成和演化的过程。
高红移星系是远离地球的星系，它们的光源于大约130亿年前的宇宙。
由于宇宙的膨胀，宇宙中的一切物质都在向外扩散，此过程也意味着光线传播的波长会因此发生改变，即发生红移。
根据观测数据显示，高红移星系的红移值往往超过1，这意味着它们的光波长已经出现了红移的现象，证明它们距离我们越来越远。
那么，高红移星系是如何形成的呢？理论学说认为，宇宙最初诞生于一个大爆炸，即大爆炸宇宙学理论（Big Bang cosmology）。
在宇宙从这一瞬间开始展开的过程中，物质逐渐集结形成更加庞大的天体，最终形成了星系。
对于高红移宇宙中的星系形成理论，科学家们提出了几种重要的观点。
一种观点是原初密度起伏理论（The Theory of Primordial Density Fluctuations）。
根据这一理论，宇宙在早期阶段存在着微小的密度起伏。
当这些起伏进一步发展演化时，形成了物质密度的差异。
这些密度差异在引力的作用下逐渐收缩，最终演化成星系。
高红移星系的形成正是基于此理论，而且这一理论在恒星的分布和演化模拟中得到了验证。
另一种观点是原初气体云坍缩理论（The Theory of Primordial Gas Cloud Collapse）。
根据这一理论，高红移星系的形成是由宇宙中的气体云开始的。
在宇宙一开始时，气体是均匀分布的，但是在某些小区域中，由于微小的密度起伏，导致这些区域的气体逐渐凝聚。
而这些凝聚区域在引力的作用下逐渐坍缩，形成了高红移星系。
此外，还有一种重要的理论是暗物质在星系形成中的作用。
暗物质是一种不发出或吸收电磁辐射的物质，但是通过引力的作用，它对星系的形成和演化起到了至关重要的作用。
暗物质的存在可以解释高红移星系的质量和密度分布。
星系射电辐射与红移关系的研究
星系射电辐射与红移关系的研究射电天文学是一门研究天空中射电信号的科学。
在过去的几十年里，人类通过射电观测技术不断深入探索宇宙的奥秘。
射电辐射是星系中辐射最为突出的一种形式，而红移则是星系迁移至更远处的重要地理坐标。
我们现在来看看星系射电辐射与红移之间的密切关系。
首先，让我们了解一下星系的红移。
红移是天文学中常用的一种观测和计量方法，用来描述源光在观测者接收时相对于源产生的颜色移位。
红移与宇宙膨胀有着密切的联系，根据宇宙膨胀理论，远离我们的星系会产生较高的红移值。
红移的大小与留守地距离之间存在着一种简单直观的线性关系，即红移值越大，星系离我们越远。
红移能够帮助天文学家研究宇宙的演化历史、星系生成、宇宙大尺度结构等重要问题。
而星系射电辐射是被射电望远镜捕获的携带信息的电磁波。
射电辐射的波长范围广阔，从米尺到厘米尺均可。
它相对于可见光来说，穿透能力较强，不受星际介质的干扰，能够为我们提供宇宙中的一些不可观测的物理过程的信息。
星系射电辐射通常由活跃星系核、射电星系、类星体等比较明亮的天体发出。
其中，活跃星系核是由超大质量黑洞周围物质的引力塌缩、激发而产生光。
射电星系则是由于星系内部引力坍缩形成物质的星系，其辐射主要来源于并合轨道运动和星际介质激发。
类星体是宇宙中最明亮的天体之一，通常是由一个超大质量黑洞的吸积盘所包围。
射电望远镜是研究星系射电辐射的主要工具，它能够捕捉宇宙中微弱的射电信号并进行精确的观测。
随着射电天文学的发展，我们逐渐发现了红移与星系射电辐射之间的密切关系。
通过射电望远镜对不同红移星系的观测，我们可以研究宇宙中的星系演化、宇宙大尺度结构等重要科学问题。
比如，通过观测高红移星系的射电辐射，科学家们可以揭示宇宙早期的星系形成和演化历史，进一步理解宇宙中的早期星系。
此外，红移与星系射电辐射的关系还可用于研究星系的距离。
通过对星系射电辐射的频率和强度的分析，我们可以推断出星系的红移值。
再结合红移与距离的关系，我们可以估测出星系的距离。
高红移星系的选取与物理性质研究
高红移星系的选取与物理性质研究
方官文
【期刊名称】《天文学报》
【年(卷),期】2014(055)005
【摘要】大质量、高红移、强成团等特征表明，红移z-1．0的极红天体（EROs）和红移z-2．0的BzKs星系有町能是邻近大质量早型星系的前身星系，对这些星
系的研究能为星系形成和演化模型提供观测L的约束．在研究EROs的物理特性，进而研究星系的形成和演化之前，我们必须对EROs样本中DGs（young，dusty starburst galaxies）和OGs（old galaxies）进行有效分类，
【总页数】3页(P444-446)
【作者】方官文
【作者单位】中国科学技术大学天文系合肥230026
【正文语种】中文
【相关文献】
1.低红移星系周围多重类星体的红移周期性的分布 [J], 朱杏芬;褚耀泉
2.高红移亚毫米星系中星际介质的物理状态 [J], 杨辰涛
3.第五回
(7亿年～100亿年)
似星非星类星体驱策星系渐红渐远红移量分划时空
(上) [J], 豌豆皮
4.第五回(7亿年~100亿年)似星非星类星体驱策星系渐红渐远红移量分划时空(中) [J],
5.第五回(7亿年~100亿年)似星非星类星体驱策星系渐红渐远红移量分划时空(下) [J], 豌豆皮;小星星(绘图)
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科学家利用VLBI揭秘早期宇宙中的类星体
科学家利用VLBI揭秘早期宇宙中的类星体（学习版）编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制学校：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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类星体研究
【【一】】类星体的发现以及命名20世纪六十年代，天文学家在茫茫星海中发现了一种奇特的天体，从照片看来如恒星但肯定不是恒星，光谱似行星状星云但又不是星云，发出的射电(即无线电波)如星系又不是星系，因此称它为“类星体”。
类星体的发现，与宇宙微波背景辐射、脉冲星、星际分子并列为20世纪60年代天文学四大发现。
类星体的特点类星体的显着特点是具有很大的红移，表示它正以飞快的速度在远离我们而去。
类星体离我们很远，大约在几十亿光年以外，可能是目前所发现最遥远的天体，天文学家能看到类星体，是因为它们以光、无线电波或x射线的形式发射出巨大的能量。
类星体的总结类星体是宇宙中最明亮的天体，它比正常星系亮1000倍。
对能量如此大的物体，类星体却不可思议地小。
与直径大约为10万光年的星系相比，类星体的直径大约为1 光天(light-day)。
一般天文学家相信有可能是物质被牵引到星系中心的超大质量黑洞中，因而释放大量能量(喷发激烈射线)所致。
这些遥远的类星体被认为是在早期星系尚未演化至较稳定的阶段时，当物质被导入主星系中心的黑洞增潻“燃料”而被“点亮”。
由于类星体是一个难解的天体，它奇特的现象如红移之谜，超光速的移动，它的能量来自哪里？再再挑战人类的即有物理观念，而问题的解决，有可能使我们对自然规律的认识向前跨一大步。
【缘起】从1960年起，人们对剑桥第三电波星表中（3C）一些不知意义、模糊的无线电波源，陆陆续续有下列的发现：它们的光学体很小（光学直径<1"），和恒星很难区别：从帕罗马天文台5m望远镜所拍照片中显示,它和恒星一样，都只是一个光点。
它们有极亮(非比寻常的亮)的表面：在可见光及无线电波波段都此特性。
它们的光谱是连续光谱及强烈的发射谱线：在1962/63年，由M.Schmidt 测出这和那些已知的电波星系光谱相同。
事实上，测得的类星体的光谱主要有三部分：由同步辐射造成的非热性连续光谱；吸积作用造成极明亮的发射谱线；星际介质造成的吸收谱线。
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对模型的限制
质量面密度轮廓演化
恒星质量函数演化
范璐璐，孔旭等人2013b
范璐璐等人(2010)
1. 质量面密度轮廓：红移3以内，有效半径2kpc以内无明显演化；有效半径2kpc以外演 化明显；符合从内而外的演化图像，倾向于子并合模型的解释。
2. 恒星质量函数演化，估算大质量宁静星系的质量增长，限制了子并合对有效半径演化 的贡献。
3. 可能的解释： 子并合为主要的有效半径演化机制，其它可能机制，如类星体反馈， 也扮演着重要角色。
• 致密恒星形成星系与致密宁静星系具有类似的颜色分布，而与非致密恒星形成星系 的颜色差别较大；
• 致密恒星形成星系与致密宁静星系具有类似的形态
Fang,Ma,Kong and Fan (2015)
成团性结果暗示致密恒星形成星系/亚毫米星系是致密宁静星系的可能祖先 Lin, Fan, Kong and Fang et al. 2015
高红移星系研究
范璐璐 llfan@
山东大学威海空间科学与物理学院
高红移大质量宁静星系
结构形态演化 z:2-3
van der Wel et al. 2014 (3D-HST/CANDELS)
高红移宁静星系的有效半径存在急剧的演化
质量-半径关系
归一化有效半径随红移的演化
范璐璐等人(2010)
高红移极亮尘埃遮蔽星系
Hyperluminous Heavily dust-obscured galaxies z:1-5
红外SED拟合：一个子
Molecular gas in HotDOGs
ALMA Cycle 3 Band 3 230GHz CO J4-3 line
IRAM NOEMA proposal： submitted on Yesterday!
三种解释有效半径演化的物理机制： 1. 红色箭头：子并合（minor merger） （Naab et al. 2009) 2. 黑色箭头：类星体反馈作用 (范璐璐等人2008，2010， 被包括《自然》，
《天文学与与天体物理年度综述》在内的期刊引用超160次）。 3. 蓝色箭头：主并合（major merger）
红移1.5以上的大质量宁静星系有效半径的演化趋势
CLASH场
CANDELS-COSMOS场
范璐璐，孔旭等人2013a
范璐璐，孔旭等人2013b
1. 我们将对大质量宁静星系结构的研究从红移2延伸到红移4。 2. 红移4以内，归一化有效半径反比于（1+z）。 3. 发现归一化有效半径的分布在高红移有较大弥散。
Ongoing projects:
• Environments: Narrow-line imaging; NIR imaging; JCMT 850um; (Subaru, TAPPalomar, VLT)
• SMBH NIR spec (VLT)
利用SCUSS， WISE等数据
• 从高红移往低红移？ • 矮星系？