【摘要】：在目前標準的星系形成理論中,盤狀星系被認為是由暗暈中的重子物質(zhì)冷卻 并坍縮而成。在這一演化圖像中,暗暈的質(zhì)量吸積歷史和結(jié)構(gòu)屬性,以及重子物 質(zhì)的角動量及其分布起著關(guān)鍵的作用,直接決定了盤狀星系的結(jié)構(gòu)。本文利用近 來關(guān)于暗暈的質(zhì)量吸積歷史和結(jié)構(gòu)屬性演化的高分辨率 N 體模擬的結(jié)果,并采 用 Bullock 等人利用高精度 N 體模擬所得到的ΛCDM宇宙中單個暗暈的單位質(zhì) 量角動量(Specialangularmomentum)分布,初步構(gòu)建了一個類銀河系的盤狀星 系形成與演化的具體模型,并在模型中加入了金屬豐度的化學(xué)演化,得到了大量 與目前盤狀星系觀測性質(zhì)相符合的結(jié)論。與以往的研究不同的是,本文綜合考慮 了包括暗暈的演化、暗暈中重子物質(zhì)的內(nèi)落、恒星形成、超新星爆發(fā)、質(zhì)量外流、 星系噴泉以及盤狀星系核球的形成等因素。結(jié)果表明:1)模型星系的自轉(zhuǎn)速度 曲線在星系的中央?yún)^(qū)域快速上升,而在外部區(qū)域基本保持為一常數(shù)。演化到目前 時刻,在太陽位置附近,模型所得到的自轉(zhuǎn)速度大致為210kms-1;2)模型預(yù)測 的星系盤及核球的質(zhì)量隨時間的增加而增大,且到目前為止,盤的質(zhì)量大致為 5 ~ 6×1010 M ,核球的質(zhì)量大致為1×1010 M ;3)模型星系中,氣體的內(nèi)落率 ⊙ ⊙ 以及恒星形成率隨著時間的增長而逐漸降低,在模型星系的形成初期,恒星形成 率~10M yr?1,到目前時刻(T =11Gyr),模型星系的總恒星形成率與氣體內(nèi)落 ⊙ 率大致相等,約為3M yr?1;4)模型星系中盤的形成是由里而外的(inside-out), ⊙ 且恒星的面密度分布在任何時刻都是一個非常好的指數(shù)輪廓。在目前時刻,恒星 指數(shù)盤的標度半徑rd約為3~4kpc,恒星盤的截止半徑約為5rd,而氣體面密度 分布輪廓則在約15kpc范圍內(nèi)基本上為一常數(shù);5)無論是氣體還是恒星,模型 星系的盤上都存在著金屬度的梯度以及金屬度梯度的隨時間演化,且模型能很好 的解決G矮星問題。所有以上模型預(yù)測的主要結(jié)果與銀河系的觀測符合的很好。 盡管標準的星系形成理論能夠成功地解釋盤狀星系的大量觀測性質(zhì),然而, 在此框架下建立的盤狀星系形成和演化的各種解析、半解析模型及數(shù)值模擬中, 出現(xiàn)了一系列與角動量有關(guān)的問題。其中包括角動量災(zāi)變(angular momentum catastrophe)及角動量分布不匹配(mismatch of angular-momentum profile)等。 它們對星系形成的標準圖像提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。本文根據(jù)Bullock等人利用高精 III WP=4 摘要 度N體模擬得到的ΛCDM宇宙中暗暈的角動量分布的兩種形式:球?qū)ΨQ形式和 柱對稱形式,并考慮盤狀星系核球的形成,而忽略恒星形成的影響,建立了一個 盤狀星系形成的簡單模型。并以此為基礎(chǔ)研究了在暗暈中形成的盤狀星系的面密 度分布、自轉(zhuǎn)速度曲線及角動量分布。結(jié)果發(fā)現(xiàn):無論是否計及盤的棒不穩(wěn)定性 的影響,所形成的星系盤的面密度分布在盤的外部區(qū)域都類似于指數(shù)分布,與觀 測相符;而在盤的中心區(qū)域,面密度分布明顯偏離指數(shù)分布,與觀測并不符合; 模型星系的自轉(zhuǎn)速度曲線則能較好地與觀測符合。研究的結(jié)果還表明,暗暈柱對 稱形式的角動量分布要比球?qū)ΨQ形式的角動量分布更容易導(dǎo)致盤棒不穩(wěn)定性的 出現(xiàn),而形成較大質(zhì)量的核球。此外,本文還將模型預(yù)測的結(jié)果與銀河系的觀測 結(jié)果相比較,發(fā)現(xiàn)模型預(yù)測了更多的低角動量的重子物質(zhì),其質(zhì)量與總重子物質(zhì) 質(zhì)量的相比要明顯比觀測大得多。重現(xiàn)了標準星系形成理論中的角動量分布不匹 配的問題。近年來,為解決星系形成理論中與角動量有關(guān)的各類問題,人們做大 量的研究,引入并建立了各種新的機制和新的模型。本文將利用他人最近相關(guān)的 研究成果,討論解決此類問題的各種方法和途徑,并利用盤狀星系形成的預(yù)加熱 模型,提出自己的觀點。 星系物質(zhì)化學(xué)組成的研究不僅對于理解有關(guān)星系形成和演化的各種物理過 程具有重要意義,而且還可以對星系形成和演化的各種理論模型提供重要的約 束。隨著觀測技術(shù)及理論工作水平的不斷提高,利用星系的大量觀測資料來系統(tǒng) 地研究星系化學(xué)組成與星系宏觀性質(zhì)之間的關(guān)系成為可能。星系金屬豐度與光度 之間的強相關(guān)性以及晚型星系金屬豐度與自轉(zhuǎn)速度的關(guān)系即為其中最有意義的 內(nèi)容之一。本文還全面回顧了星系金屬豐度與星系宏觀觀測性質(zhì)之間關(guān)系的研究 歷史,重點評述了晚型星系金屬豐度與自轉(zhuǎn)速度關(guān)系的最新研究進展,并詳細討 論了目前對此類關(guān)系的物理解釋及其對星系形成和演化模型的影響。 IV
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（上海天文臺）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：P152

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 尹君;M31的恒星形成歷史及與銀河系的比較[D];河北師范大學(xué);2006年

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本文編號：2693059