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高红移大质量星系的形成与演化

作　者: 王涛
导　师: 顾秋生; 黄家声
学　校: 南京大学
专　业: 天体物理
关键词: 星系高红移大质量星恒星形成 galaxies 活动星系核 redshift Eddington AGN galaxy stellar luminosity 颜色梯度核球形成与演化吸积盘爱丁顿星族 formation their
分类号: P152
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近十年来星系形成及演化的研究取得了突破性进展,主要包括1)：近邻星系在颜色-星等图上呈现双峰分布,即大质量早型星系颜色较红,小质量晚型星系颜色偏蓝；并且紧邻宇宙红星系的总质量相对于红移z=1时至少增长了一倍,意味着存在着蓝星系到红星系的转化过程。这一转化过程是如何发生的成为现代星系形成演化领域最重要的问题之一；2)：星系中心黑洞质量跟核球质量有很好的相关,意味着黑洞演化跟星系演化有着紧密的关系。黑洞的活动(活动星系核)如何影响星系演化也成为了亟待解决的问题之一。然而近邻宇宙中的大质量星系基本都已停止了剧烈的恒星形成活动和黑洞活动,因此,要回答这些问题,我们需要仔细研究高红移星系本论文主要总结了在红移z=2左右大质量星系(>1011M⊙)形成演化方面的研究。这些工作集中在三个方面1)星系的恒星形成,形态和颜色的相关关系；2)大质量盘星系的颜色和星族梯度；3)宁静和恒星形成星系中的核活动。主要结果如下：(1)星系的红外颜色([3.6]-[24])可有效区分红移在2左右的宁静星系和恒星形成星系；(2)对于大质量星系而言,恒星形成性质和星系形态在红移~2存在比较好的相关。宁静星系区别于恒星形成星系最显著的特征在于是否有一个核球主导的形态,而和盘结构无关。事实上,我们发现30%的宁静星系仍然具有显著的盘结构,但是这些星系的聚集度显著大于具有恒星形成的盘星系。我们从而提出星系聚集度是区分宁静星系和恒星形成星系最有效的手段之一；(3)我们发现大质量恒星形成星系单位质量的恒星形成率低于恒星形成的主序列,意味着他们可能会最早进入宁静星系,给出了"downsizing"在高红移的证据：(4)我们发现大质量恒星形成星系中盘星系占主导地位,这些盘星系并没有显著的并合特征。进一步研究表明,他们大部分呈现显著的颜色梯度,颜色由内向外由红转蓝。(5)我们发现对于位于高红移宁静星系和恒星形成星系中的活动星系核来说,爱丁顿吸积率有明显不同：位于宁静星系中的活动星系核吸积率普遍较低,而位于恒星形成星系中的活动星系核倾向于有较高的吸积率。这一发现将近邻星系中的活动星系核活动规律推广到高红移。进一步研究发现这类高红移宁静星系中的活动星系核很多性质上跟今天的低光度活动星系核相似。我们的发现主要从两个方面对星系形成与演化给出限制：(1),星系由蓝星系到红星系的转化并不一定意味着从盘星系演化到椭圆星系,一类聚集度较高的具有盘形态的红星系在红移z=2处中至少占30%,意味着这是一条重要的演化路径：(2)活动星系核在低红移宁静星系和恒星形成星系中的分布与高红移相似,意味着低红移活动星系核的吸积模式可能同样适用于高红移星系：例如在高红移的宁静星系中的活动吸积核吸积模式也可能是“吸积低效"的模式,而其中心并不具备一个几何薄光学厚的吸积盘。本论文的结构如下：第一章对星系的双峰分布和核活动方面的最新进展做了简要回顾：第二章主要讨论z=2大质量星系形态,颜色和恒星形成的相关关系；第三章讨论我们在大质量星系的颜色梯度方面的一些初步结果；第四章讨论高红移活动星系核宿主星系的分类,以及核活动在不同星系中的差别：第五章我们简要讨论这些工作对星系形成和演化的意义,以及对未来工作的展望。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
List of Figures  10-12
List of Tables  12-13
1 Introduction  13-29
  1.1 Galaxy bimodality  14-23
    1.1.1 Galaxy bimodality in the nearby universe  14-19
    1.1.2 Galaxy bimodality in the distant universe  19-23
  1.2 Active Galactic Nuclei and their host galaxies  23-29
2 Correlations of SEDs and Morphologies with Star-formation Status for Massive Galaxies at z～2  29-61
  2.1 Data Sets and IERO Selection  30-33
  2.2 Separating Quiescent and Star-forming Populations Based on IR colors  33-35
  2.3 Morphologies of Quiescent and Star-forming Galaxies from HST/WFC3 NIR Imaging  35-46
    2.3.1 Visual Classification  36-38
    2.3.2 Nonparametric Morphological Parameters  38-46
  2.4 Photometric Redshifts, Stellar Masses, and Star formation Rates  46-54
    2.4.1 Photometric Redshifts  46
    2.4.2 Stellar Masses  46-52
    2.4.3 Star Formation Rates  52-54
  2.5 A joint Analysis of Star-formation Status, Colors, and Morphologies  54-59
  2.6 Summary  59-61
3 Color and Stellar Population Gradients in Massive Galaxies at z～2  61-65
  3.1 Sample selection and source properties  62
  3.2 Color gradients  62-65
4 AGN activity in massive galaxies at 0.5  65-79
  4.1 Data  66-68
    4.1.1 source catalogue  66-68
    4.1.2 Source properties and sample construction  68
  4.2 Separating quiescent and star-forming AGN hosts  68-72
  4.3 Discussion:AGN activity in quiescent and star-forming galaxies  72-79
5 Discussion and Future work  79-85
  5.1 Implications on the transformation of blue into red galaxies  79-81
  5.2 Implications on the connection between AGN and host galaxies  81
  5.3 Metallicity of massive galaxies at z～2  81-85
References  85-97
6 Papers List  97-99
致谢  99-101

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