星系间引力相互作用过程中盘状星系结构的演化
批准号:
12073026
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
吴许芬
依托单位:
学科分类:
星系相互作用和核活动
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴许芬
中文摘要
盘状星系的形成和演化是天文学研究的重要前沿课题。在星系形成理论中,随红移的增加,星系间的引力相互作用(包括碰撞、并合及近距离交会)更加频繁,驱使星系结构发生改变,其恒星运动学和动力学特征量也随之演化。另外,观测发现盘状星系随红移增加而更团块化,该团块化星系被认为是盘状星系的前身,它们如何通过与邻近星系的碰撞演化为低红移处的盘状星系,需要仔细研究。棒旋星系是盘状星系的一个重要类型,研究其棒状结构的形成与演化机制,也是重要问题。本项目将采用多体粒子数值计算的方法,研究高红移处团块化星系与其伴星系碰撞后的结构和动力学演化,进而研究低红移处盘状星系与其它星系相互作用后,其棒状结构的演化及恒星的动力学。在此基础上,把研究范围扩展到宇宙学尺度,基于最新的大型数值模拟Illustris得到的盘状星系,定量分析团块及棒状结构在碰撞与并合过程中的演化及内部恒星动力学,揭示这些结构形成的主导机制。
英文摘要
The formation and evolution of disk galaxy is among the most widely studied subjects in astronomy. According to the theory of galaxies formation, the gravitational interactions of galaxies, including collisions, mergers and encounters of galaxies, take place more frequently at higher redshift. The structure, kinematics and dynamics of the galaxies are altered due to such interactions. There are indications that, the disk galaxies become clumpier at higher redshift. Those clumpy galaxies are the progenitors of disk galaxies at the present-day. It is interesting to study how clumpy galaxies evolve to the present-day disk galaxies undergoing the collisions from nearby galaxies. On the other hand, barred galaxy is an important, Hubble-type disk galaxy. It is necessary to study the formation and evolution of the bar structures in a disk galaxy. In this proposal, we will use N-body simulations to investigate the structure, the dynamics, and the evolution of clumpy galaxies undergoing collisions from their nearby galaxies at high redshift. Furthermore, the evolution of bars and the dynamics of disk galaxies at lower redshift will also be studied after taking into account the interactions with nearby galaxies. Moreover, we will consider the simulated disk galaxies obtained from Illustris, one of the latest cosmological simulations. The evolution of clumpy structures and the bar structures of disk galaxies will be investigated, and the kinematics and dynamics of galaxies will be quantitatively analyzed. An important goal is to figure out what mechanism is responsible for the formation of these structures.
在本项目支持的四年期间,我们基本完成了预期的研究目标,并适当进行了目标调整和扩展,具体如下所述。. 首先,高红移处的年轻盘状星系是引力不稳定的,高度团块化的。这样的星系与其它星系发生正面碰撞,能否产生环结构,是未知的。因此我们数值模拟了高红移团块化星系与伴星系的碰撞,发现其仍可形成环状结构,环结构有明显团块化特征,中心无核球。该结果与高红移处观测到的环星系形态一致,为其提供了可能的形成理论。而在修正引力框架下,能否形成环星系也是未解之迷。我们经研究发现,形成环状星系的条件更为苛刻,因此环星系与子弹星系质量比例可用于检验引力。. 第二,我们注意到星系间的相互作用除了形成环状星系外,还可以形成壳状星系。由于两者的形成机制相似,只是研究对象不同,我们深入研究了壳层星系的形成过程,提出了一个半解析模型,用于反推被瓦解的原始矮星系的质量和两个星系并合的时间尺度。我们期待这个模型可以应用于墨子巡天望远镜(WFST)观测的星流结构中,以加深对星系并合史的认识。此外,我们将研究范围扩展到SDSS观测的大样本中央星系,这些星系可能多次并合周围矮星系才演化成今天的结构。利用弱引力透镜的方法,我们计算了大样本星系周围热气体的分布和质量,并用卫星动力学方法验证了热气体晕的质量。两种方法的一致性,说明弱引力透镜方法可靠。. 第三,我们把研究的对象进一步扩大到宇宙学模拟产生的星系,研究了TNG50-1模拟中暗物质晕中心的潮汐作用对卫星星系形态的影响。通过分析了1780个孤立卫星星系的不对称形态,我们发现潮汐作用对不对称性影响较小。我们进一步检验了卫星星系的长半长轴与宿主暗晕中心的径向方向对齐关系,未发现该对齐关系存在的明确证据,这表明星系团中心的潮汐场与星系个体不对称性无明显相关性。我们还讨论了不对称性的可能起源,如与邻近星系并合、气体吸积、暗物质晕密度分布不对称性等。基于此,我们研究了盘状星系的棒结构,分别探讨了引力不稳定性(内禀)和外部扰动(外扰)引起的差异。发现内禀机制形成的棒更对称,外扰机制形成的棒在长轴两侧不对称。我们期待通过棒结构的形态及棒内恒星运动的不对称性,来区分棒的起源究竟是内禀的,还是外扰的。
星团系统NGC2419的运动学特征和动力学研究
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批准号:11503025
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2015
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负责人:吴许芬
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依托单位:
国内基金
海外基金