类星体的观测

简要介绍了类星体的发现过程。 对目前观测类星体的所有方法逐一作了介绍,其中的无缝光谱方法是近年来发展起来的,它对于大天区范围内大批量地发现类星体十分有效。 类星体的观测结果集中表现在三个方面:连续谱、吸收线和发射线。目前天文学家所掌握的有关类星体的各种物理参量都是根据这些观测结果得出的。     

搜寻高红移类星体

2015年,以中国天文学家为主的国际研究团队宣布发现了目前已知的宇宙早期发光本领最强、中心黑洞质量最大的类星体。这颗类星体SDSS J0100+2802如同一座最明亮的灯塔照亮了人类探索神秘的早期宇宙的道路,它的发现刷新了人类使用2米级望远镜发现高红移类星体的纪录,更对宇宙早期黑洞的成长理论提出了新的挑战。文章将着重介绍:(1)类星体的发现;(2)类星体的本质以及描述其物理性质的参数;(3)研究类星体的重大科学意义;(4)类星体尤其是高红移类星体的搜寻方法;(5)最亮的高红移类星体的发现历程;(6)对今后高红移类星体研究的展望。     

莱曼α森林

直至本世纪六十年代,人类还无法探测到分布在遥远星系际空间的物质.而对这些物质的密度、成分和分布的探测对于了解星系的形成和宇宙演化都是极为重要的. 类星体及其光谱中吸收线的发现为研究星系际物质物理学提供了重要的手段.类星体是宇宙中最“明亮”的天体,因而也是可被观测到的最遥远的天体.迄今观测到的谱线红移最高的类星体.其红移值为Z=4.43,相应的到我们的距离约为宇亩半径的93%.从如此遥远天体发射的光,将通过广阔的星系际空间才能到达地球.星系际空间的物质对光的吸收.将在类星体光谱上产生一系列的吸收线.对这些吸收线的分析研…     

基于稀疏子空间的类星体光谱异常特征并行提取与分析

类星体是人类所观测到的最遥远天体,对于了解早期宇宙的演化具有重要科学意义。由于类星体距离地球较远,其红移一般较大,导致在光学观测窗口中只有很少的特征（发射线）,且难以识别。类星体光谱的异常特征提取与分析可对未知类星体的识别,提供有效的判别依据。离群检测作为数据挖掘领域的一个主要研究内容,旨在发现那些稀有、特殊数据对象及异常特征,可作为从海量类星体光谱数据中,发现特殊、未知类星体的一种有效途径和手段。Spark作为新一代大数据分布式处理框架,可为海量天体光谱的有效分析和处理,提供一个高效且可靠的并行编程平台。本文充分利用集群系统和Spark编程模型的强大数据处理能力,提出一种基于稀疏子空间的类星体光谱异常特征并行提取与分析方法,其工作由三个模块组成,即类星体光谱特征约减、类星体光谱的稀疏子空间构造和搜索、类星体光谱异常特征提取并行算法设计与分析。类星体光谱特征约减模块,通过属性相关性分析来识别呈现聚类结构的类星体光谱特征线,这些特征线通常会聚集在稠密区域且对类星体光谱异常特征检测毫无意义。光谱特征约减旨在运行异常特征检测算法之前剪枝类星体光谱的冗余特征线,缩小光谱数据检测范围。类星体光谱的稀疏子空间构造和搜索模块,通过设定的稀疏系数阈值来测量类星体光谱的子空间密度,并采用粒子群优化方法作为稀疏子空间的搜索策略,从而快速、高效地获取类星体的异常特征。在第三个模块中,提出了一种MapReduce框架下的类星体光谱异常数据并行检测算法,该算法由并行化数据约减策略、稀疏子空间并行搜索技术两个MapReduce构成,达到适应海量光谱数据的处理目标。最后对检测出的部分类星体异常特征进行了理论分析、测量及人眼证认,充分说明稀疏子空间可为识别特殊、未知类星体候选源,提供有效支持和有力证据。     

LAMOST类星体[OIII]线附近天光背景扣除

扣除天光背景的好坏是影响谱线信噪比很重要的因素,同时由于天光光纤数量有限以及光谱仪漂移等多方面因素的影响导致减天光是光纤光谱数据处理中公认的难点。目前已有的减天光方法主要是针对全谱的天光成分扣除,没有关注在特殊谱线位置上的局部天光情况,尤其是低红移类星体非常重要的[OIII]线附近的天光背景。探索了一种局部精细的天光背景扣除方法,解决了类星体中Hβ-[OIII]的宽线经常受到减天光精度干扰的问题。利用LAMOST减天光前的原始流量以及相对流量改正数据,根据同一观测天区的超级天光光谱对背景进行扣除。实验结果表明,在不同红移类星体中,该方法减天光后Hβ-[OIII]区间的光谱质量相对于原始LAMOST光谱批处理程序都有了明显的提高,这更有利于后续的谱线分析,同时为少部分LAMOST光谱批处理程序没处理好的特殊光谱提供了补充的解决方法。该方法目前已应用于搜寻双峰活动星系核候选体的预处理中。     

基于结构函数方法的类星体证认

光变巡天是搜寻类星体的一个很有效的方法.应用归一化结构函数对SDSS stripe 82中存在光变的1411个类星体和174个恒星进行分类,选取幂函数模型拟合这些样本5个波段的结构函数.综合幅值和幂指数两个物理量设置了合适的分类判据,获得了比较理想的分类结果,类星体和恒星最高分类正确率分别达到了92.2%和83.6%.结果表明,改正后的结构函数对类星体的证认有很好的效果,能节约大型望远镜宝贵的观测时间,让类星体巡天获得比较高的观测效率.分析结论支持大部分类星体的光变缘于盘的不稳定性.     

基于小波多尺度特征匹配的类星体红移测量方法

在中国正在实施的大型巡天项目(LAMOST项目)中,预计能获得105数量级的类星体光谱。文章旨在研究适用于LAMOST观测数据的类星体红移测量方法。为了克服信噪比较低的不利因素,文章采用小波变换的方法对类星体宽发射线进行特征提取,然后利用多尺度特征匹配的方法进行类星体红移测量。通过对sloan digital sky survey(SDSS) data release 2(DR2)中的15, 715条类星体光谱的实验表明,在误差为0.02的范围内所用方法的正确率达到95.13%。该方法可对相对定标的类星体光谱数据进行红移测量,符合LAMOST数据的要求,可为天文学家进行类星体和宇宙大尺度等研究提供帮助。     

奇异吸积态的微类星体——M81 ULS1

微类星体拥有与类星体相似的相对论喷流现象,如果喷流的物质为重子,则在光谱中表现为红移和蓝移的发射线。经典的理论和以往的观测表明,对于辐射出超软X射线的天体,相对论喷流是无法产生的。文章作者在M81旋涡星系超软极亮X射线源(M81 ULS1)的光谱中,发现了蓝移的宽Hα发射线,其速度约为0.17倍的光速,这是相对论喷流的有力证据,也证认了M81 ULS1是一个微类星体。然而,它的相对论喷流不可能起源于白矮星,这与M81 ULS1的超软X射线光谱相矛盾。作者还发现超软极亮X射线源中的相对论喷流,可以被最新的处于超爱丁顿吸积的黑洞模型所解释。     

一种海量光谱中类星体候选体红移测量与识别的算法

提出一套对海量光谱中类星体的红移测的方法。类星体具有本身的宽发射线的特征,而以往光谱处理方法中,对于宽的发射线的识别存在不足之处。由于类星体的红移一般比较大,谱线移动的范围比较大,不易进行判定。所以本文针对类星体最重要的特征,利用低频点集方法,提取光谱中宽的发射线并与已知线表进行匹配,来获得类星体的红移并能够对类星体进行初步的识别。为提高谱线识别可靠性,文章还提出一种估计局部噪声的方法。该文的方法不依赖与光谱的流量定标,可以应用于无流量定标时的光谱,例如正在调试阶段的LAMOST光谱数据。     

类星体PKS 1510-089的X射线流量变化周期特性

使用罗西X射线时变探测器的数据,得到了类星体PKS 1510-089从1996年1月到2009年12月在X射线的1.5-12 keV能段上的光变曲线.运用离散相关函数方法、小波分析方法和功率谱方法分析和认证类星体PKS 1510-089的光变周期值,结果表明类星体PKS 1510-089 在X射线的1.5-12 keV能段具有(0.94±0.08)a的平均光变周期.采用不同模型对观测到的周期性光变进行分析后的结果表明,超大质量双黑洞模型是目前解释类星体PKS 1510-089周期性光变较为理想的模型,应用 关键词： 类星体PKS 1510-089 X射线流量变化 双黑洞模型     

基于近似熵的斯隆数字化巡天中类星体光变复杂性分析

光变是类星体的重要观测特征之一,类星体在多个波段存在剧烈的光变现象.光变非常复杂,具有非线性特征.以斯隆数字化巡天(Sloan digital sky survey, SDSS) stripe 82天区中的类星体为研究对象,利用近似熵方法分析了类星体光变的复杂性.首先应用模拟信号检验了近似熵方法对周期序列、白噪声序列、混沌序列和组合序列的区分能力,验证了近似熵方法是一种识别不同类型时间序列的有效方法.再计算了SDSS第7次释放数据中光谱证认过的类星体光变的近似熵,并分析了它们的复杂性.结果表明:SDSS类星体光变的近似熵值最大值为0.58,类星体光变的复杂性介于周期序列和白噪声序列的复杂性之间,近一半样本的复杂性与混沌序列基本一致.     

一种基于PCA和Hough变换的类星体自动识别方法

确定类星体的红移是类星体识别的一个重要目标。由于过去类星体发射谱的静止发射谱模板主要靠天文学家的先验知识得到 ,因此采用模板匹配的方法效果一般不太理想。本文的主要工作有以下二个方面 :(1 )选用了主分量分析方法构造类星体静止发射谱的模板 ,这样 ,模板来源于实际光谱 ,而不是依赖于天文学家的推断 ,因此更加接近实际情况 ;(2 )用二维Hough变换来自动确定红移值。尽管理论上来说 ,只有一个红移参数需要确定 ,但观测发现 ,在大多数情况下发射峰的强度同时发生了变化 ,故在Hough变换中加入强度比例因子作为另一个参数 ,这样可有效提高正确识别率。实验证明 ,本文所提出的方法是可行的 ,正确识别率可达 90 %左右。     

宽吸收线类星体物理研究

现在普遍相信类星体的反馈会调节寄主星系形成的进程,但其中具体的物理过程依然是个谜.类星体的外流是一个重要的候选者.为了确定外流的重要性,中国科学技术大学天体物理中心开展了宽吸收线类星体的一系列研究,取得了一些进展: (1)宽吸收线区的紫外吸收物质的柱密度比原来预计高出2个量级,低电离吸收线形成于饱和的高电离吸收线区;(2)射电宁静的宽吸收类星体吸收物质主要在赤道面,并且不同的源吸收物质分布情况很不相同,而在射电强的类星体中,赤道和极向外流都是可能的;(3)共振散射线偏振表明,外流物质携带角动量.     

天体运动能超过光速吗?

按照相对论的原理,一般认为任何物体运动的速度都不能超过光速.而近十年来,射电天文学家却观测到愈来愈多的视向速度超过光速的河外星体.其中类星体3C 279的视向速度达到了 45倍光速这样惊人的数值[1]. 这种射电天文观测是在厘米波段用很长基线的干涉仪(由很长距离上分布的一些射电望远镜组成的干涉仪系统)进行的.在不同时间拍摄星系的射电像,能够给出星系各部分在相应时刻的位置,这样就可得出这些部分相对运动的速度. Pearson等人报告了他们在1977年至1980年间对类星体 3 C 273的观测结果[2].从所给出的这三年间此类星体中心区 3C 273 B…     

美国“钱德拉”望远镜发现最遥远X射线流

天文学家从美国宇航局“钱德拉”X射线观测望远镜拍摄的类星体照片上 ,发现了最遥远的X射线流 ,从超巨黑洞到类星体中心延伸达 1 0万多光年的由高能粒子组成的这一射流 ,为天文学家提供了有关 1 2 0亿年前宇宙微波背景状态的信息。它能研究大爆炸后经过 1 4亿年的宇宙辐射 ,而此前最遥远的X射线流是在大爆炸后 30亿年左右。天文学家认为 ,类星体是拥有活跃中心超巨黑洞的星系 ,恒星与气体都被吸入这黑洞 ,这一吸入过程经常伴随有强烈高能粒子流的形成。当射线流中的电子以接近光速的速度离开类星体时 ,电子会穿透宇宙背景辐射“海洋” ,宇…     

类星体谱线证认与普通物理教学

介绍了类星体１６０４＋１７９谱线认证的进展，及工科普物教师开展科研并将部分内容引入课堂的实践与体会。     

基于最近邻方法的类星体与正常星系光谱分类

随着高质最CCD传感器技术的日渐成熟与广泛应用,以及许多大型巡天计划的相继实施,天体数据量极大,因此天体观测数据的自动识别、分析问题首当其冲.文章在原始测量空间使用最近邻方法(NN)研究了正常星系与类星体光谱的识别问题.正常星系和类星体属于河外天体,一般距离地球较远,其观测光谱会受到许多干扰,所以这两类天体光谱的分类在...     

黑洞及其在天体物理中的作用（下）

本文下篇介绍黑洞在天体物理中的作用及其观测证认情况，以类星体为代表的活动星系和Ｘ射线双星这两类典型高能天体的能源机制及各种基本特征，可以由黑洞吸积模型来成功地解释。     

类星体3C345的光变周期特性

收集了类星体3C345光学B波段100多年来较为完备的观测数据,获得了其长期光变曲线.利用小波分析的方法对其中B波段28年的数据进行了多时间尺度分析,并用小波变换系数图展示了3C345光学B波段的爆发过程.通过研究发现了其中存在有450天,780天,1830天和3540天的近似光变周期.利用小波逆变换可以反映其光变在不同时间尺度上的演变特征,进而预测类星体3C345未来可能的光学爆发时间为2010年左右. 关键词： 小波分析方法 光变曲线 多时间尺度 小波变换系数图     

一种重复观测低信噪比光谱的处理方法

目前我国LAMOST光谱巡天已发布超过760万条的天体光谱,对其中大量的低信噪比光谱的处理一直是业内公认的难题。针对天体光谱中重复观测的光谱,提出了一种新的处理方法。该方法的主要内容为：对每一组重复观测光谱,选择其红移值的差距在一定范围内的组别,然后使用一种基于信噪比加权的最优叠加方法来提高光谱的信噪比。通过对LAMOST DR4中所有重复观测光谱进行处理,证明该方法对于提高低信噪比重复观测光谱的信噪比十分有效。使7 571组恒星光谱的信噪比达到参数测量的标准,3 357组类星体和星系光谱的信噪比得到提高,平均提高率为56.38%;并且获得了43 021个双星候选体。