LAMOST星系光谱的红移自动测量

自动测量LAMOST望远镜所产生的大量星系光谱红移,是LAMOST望远镜数据处理的关键。PCAZ的红移自动测量方法,只适用于红移值较小(一般情况不超过z＜0.2)的情况,其原因是受到所应用构建正交模板的光谱模板范围的限制。文章突破了这一限制,针对LAMOST将产生的光谱的特点,作者改进了这套方法。应用该方法到具体的观测数据中,得到了准确率超过90%的红移值。该方法的红移测量极限依赖于模板的波长范围和待测光谱蓝端的信噪比,按照LAMOST的初步设计,对z＜0.8红移,可进行准确测量。经过测量, 得出结论：(1)该方法适用于LAMOST的星系红移测量;(2)为实现巡天红移的测量,需要构造完备的不同星系的光谱模版(UV-IR);(3)蓝端信噪比大小影响对大红移的测量。     

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。     

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。     

一种新的活动星系光谱红移自动测量方法

星系红移的自动测量对进行大样本天文学研究如宇宙学大尺度结构研究具有重要意义。星系一般分为正常星系和活动星系两种,活动星系光谱一般具有较明显的发射线特征。文章提出了一种不用精确提取谱线而快速测量活动星系光谱红移的方法。该方法包括步骤：(1)对待测光谱进行去噪;(2)利用小波变换提取低频成分光谱,并用去噪后光谱减去低频谱得到残差谱;(3)计算残差谱的均方差,并保留大于阈值的波长集合(4)根据标准谱线表计算所有候选红移;(5)利用Parzen窗估计方法计算红移密度最大点,并在邻域内求均值确定最终红移。对模拟数据和SDSS DR7部分实测数据的测试表明,该方法是鲁棒的并且具有较高的红移测量正确率。     

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。     

基于多分辨率融合距离的低质量星系光谱红移测量方法

星系光谱红移测量是大规模天体光谱巡天项目中的一个重要研究内容,其目的是从在光谱中测量出对应星系由于多普勒效应引起的红移。随着银河系外巡天项目的开展,观测目标距离(红移)越来越远,其星等越来越暗,光谱的质量也随之越来越差,如何能够有效准确地从这些低质量的光谱测量出红移是河外巡天面临的一个重要问题。基于此问题,充分考虑到低质量星系光谱的特点及数据特征,新定义了一种针对低质量巡天光谱数据的多分辨率融合距离,以此为基础提出一种针对低质量星系光谱的红移测量方法。该方法充分结合不同分辨率下光谱的特征,计算距离时首先将模板光谱和待测光谱同时降到多个相同分辨率下,该分辨率下所有波长采样点都计算一个偏差进而得到一个距离,然后将多个分辨率下得到的距离通过加权得到一个融合距离。基于多分辨率融合距离提出的星系红移测量方法,能够有效的解决低质量星系光谱的红移无法准确测量的问题。研究了不同信噪比下红移测量的精度,在信噪比大于5之后,该方法测量准确率可以达到90%以上。大量实验表明,提出的方法在星系光谱质量较低的情况可以非常准确地从中测量出红移,测量误差和红移大小无关,可以很好地应用于大规模巡天数据的星系光谱红移测量中。     

基于神经网络的模板匹配方法求正常星系红移

星系通常分为正常星系(NG)与活动星系(AG)两类。文章提出了一种自动获取NG红移的快速有效方法: (1) 由NG模板根据红移范围Ⅰ: 0.0～0.3与Ⅱ: 0.3～0.5模拟得到两类星系样本, 进行PCA变换获得样本特征向量; (2) 利用概率神经网络设计两类样本特征向量的Bayes分类器; (3) 对于实际NG光谱数据, 利用Bayes分类器进行分类确定其红移的范围, 然后在此范围内进行模板匹配得到红移的准确值。与在整个红移范围内的模板匹配方法相比, 此方法不但节省了50%的模板匹配运算量, 而且还大大提高了红移值测量的精度。文章研究结果对于大型光谱巡天所产生的海量数据的自动处理具有重要意义。     

LAMOST离群光谱J140242.45+092049.8特征分析

LAMOST巡天已获取超过100 000条星系光谱,为探索珍贵、稀有的天体从而完善现有科学理论提供了重要的数据条件。研究采用基于相关子空间的离群挖掘方法,从LAMOST DR3星系光谱数据中获得的离群数据挖掘结果中,针对呈现出多种稀有特征的光谱J140242.45+092049.8进行了深入分析。首先利用特征光谱线进行红移测量并交叉SDSS同源光谱提供的红移信息,测量并证认了该光谱的两套红移系统：吸收线系统z₁=0.020 95、发射线系统z₂=0.069 5。从整体上,通过交叉现有文献及SDSS图像特征,分析了该“吸收+发射”模式的双红移系统属于透镜星系的可能性,而红移间隔Δz=0.048远大于Keel指出的双星系具有物理关系的临界0.008,意味着该目标前景与背景星系之间只是视向重叠,即视向星系对,没有相互的物理作用;对于前景星系(吸收线系统),通过测量光谱中呈现的特殊的特征线强度,分析了属于E+A星系的可能性;对于背景星系(发射线系统)光谱中呈现的双峰特征,分析了该光谱来自双峰发射线星系的可能性;此外,初步分析了该光谱中背景星系发射线强度关系异常的原因。     

基于光谱特征的恒星自动识别方法

我国正在实施的大型巡天项目(LAMOST项目),急需恒星光谱自动识别与分类系统并给出了一种基于光谱特征的恒星自动识别方法。该方法由以下主要步骤组成： (1)利用谱线小波特征进行恒星谱线整体估计和恒星Balmer线的检测;(2)利用吸收带小波特征进行吸收带位置和M型星特征频率检测;(3)根据以上检测结果进行发射线星、M型星和早型恒星识别。通过对(sloan digital sky survey, SDSS)(data release four, DR4)中的大量真实光谱数据实验表明,方法具有对噪声鲁棒等特点,发射线星识别率达到97.5%,M型星识别率达到98.1%,早型恒星识别率达到96.8%,类星体和星系的误识别率低于2%。该方法可对相对定标的巡天光谱进行自动识别,符合LAMOST数据的要求。     

基于谱线特征匹配的恒星光谱自动识别方法

我国正在实施的大型巡天项目(LAMOST项目),急需恒星光谱的自动识别系统。文章给出了一种基于谱线特征匹配的恒星光谱自动识别方法。该方法由以下主要步骤组成：(1) 利用小波变换的方法对观测光谱进行谱线特征提取;(2) 将提取出的特征和恒星谱线的特征模板进行相关匹配;(3) 根据相关匹配结果进行恒星光谱识别。通过对Sloan Digital Sky Survey (SDSS),Data Release Four (DR4)中的大量真实光谱数据实验表明,该方法具有对噪声鲁棒等特点,正确识别率高达96.7%。该方法可对相对定标的巡天光谱进行自动识别,符合LAMOST数据的要求,可为天文学家进行恒星和银河系的结构等研究提供帮助。     

基于自适应径向基神经网络的类星体光谱自动识别方法

通过对光谱的研究来识别和认证类星体是天文学研究中的重要方法。文章提出了一种对类星体光谱进行自动识别的自适应径向基神经网络(RBFN)方法。该方法包括以下几个步骤: (1)先将训练样本归一化,再利用PCA变换进行降维,获得样本特征向量; (2)设计出K均值聚类算法与梯度下降法相结合的径向基神经网络结构的基本模型,再用SSE(sum of squares error)误差函数进行判断,对RBFN隐含层的神经元进行自动调节,直至满足给定误差阈值; (3)用训练得到的参数对用于测试的样本中的类星体光谱进行识别。该方法不但克服了经典RBFN算法选择隐层神经元数目的困难,而且还提高了对类星体识别的稳定性和正确率。研究结果对于大型光谱巡天所产生的海量数据的自动处理具有重要意义。     

中低分辨率光谱的恒星Mg元素丰度估计方法研究

主要研究了一种新的基于ELM算法的中低分辨光谱的恒星Mg元素丰度估计方法。大科学工程郭守敬望远镜（LAMOST）为我们提供了海量的中低分辨率的光谱,确定这些光谱的Mg元素丰度将有助于我们深入了解银河系的形成历史和演化过程。目前从中低分辨率光谱中确定Mg元素丰度的方法主要是模板匹配法,但该方法算法复杂,优化参数较为困难且对噪声敏感,因此有必要研究新的方法。实验结果显示,ELM算法对MILES光谱的Mg丰度的估计的精度为0.009 9（0.15）dex,而对信噪比大于50的LAMOST光谱的精度为0.002 7（0.11）dex。通过与其他算法进行对比,证实ELM算法是一种能精确估计中低分辨率光谱的Mg元素丰度的算法,能够应用于LAMOST后期的光谱数据中。     

No-Blueshift Condition in Wolf Mechanism

The idea that quasar redshifts are notcosmological is favored by some astronomers. This meansthat quasars cannot be assumed to be at very largedistances and that the scale of the universe is lessthan suggested by the big bang cosmology. Analternative mechanism is the Wolf effect, in which lightbeams interact in a way that can produce frequencyshifts. Under suitable choice of source parameters and assuming the existence of strong anisotropy inthe interstellar medium, blueshifts can beavoided.     

一种抗噪声的M型星视向速度测量方法

M矮星是银河系中最普遍的恒星,它们的运动状况能提供银河系演化的线索,视向速度(RV)是反映M矮星运动状况的重要参数之一。我国的大科学工程LAMOST巡天项目已经获得了数十万M型星光谱,测量这些恒星的视向速度需要自动、高效的程序。计算M矮星视向速度的一般方法是将观测光谱与模板光谱进行交叉相关得出。然而在实际处理过程中,由于本质上的不同或者噪声的影响,一些观测光谱和模板光谱错误匹配,从而使得这些光谱的视向速度测量产生偏差。为了减少噪声等因素的影响,对于信噪比较高、但局部有较强噪声的光谱,采用统计与经验特征相结合的方法选取光谱中的有效特征段、避开噪声污染的波段计算M型星的视向速度。利用该方法对LAMOST DR3 M型星星表中的部分实测光谱测量了视向速度,将之与APOGEE星表中的对应视向速度进行了对比。结果表明该方法有效地减少了局部噪声对视向速度的影响,提高了视向速度测量的准确率。     

双活动星系核寄主星系的光谱合成分析

星系并合会产生不同尺度距离的星系对甚至双活动星系核,同时在过程中会触发星暴以及超大质量黑洞的活动。在光谱上,当两个星系并合到kpc尺度时,其两个核的相互绕转在总光谱上会表现出窄线双峰谱线轮廓。以这个观测特性为起点,从郭守敬望远镜巡天的第四次释放数据(LAMOST DR4)中系统的搜寻带有窄发射线双峰特征的双AGN候选体。AGN的发射线光谱轮廓由发射线的若干种不同的动力学成分构成,主要可以分为三类,窄线成分(Hβ,[OⅢ], Hαand [NⅡ]),[OⅢ]的线翼、以及宽的Balmer发射线。基于LAMOST DR4河外光谱数据,应用了一套搜寻流程,在初始筛选(涉及到发射线的信噪比、等值宽度和红移)及目视检查挑选之后,通过建立的多高斯拟合模型挑选出在发射线的流量、半高全宽、窄线双峰之间速度分离程度等一系列参数上符合我们限制要求的样本,并借助于Baldwin-Phillips-Terlevich (BPT)图来鉴别每个成分的来源,确定出了28个双AGN候选体。为了获取更准确的星族成分并发现这类双AGN候选体样本的共有特性,对28个双AGN候选体的光谱流量用一个低阶多项式重新进行了修正并采用传统的统一插值和中值方法对其进行合并得到一条高信噪比光谱,并以目前已有的来源于LAMOST星系光谱数据的Ⅱ型AGN(单AGN)的复合光谱作为对照样本,采用STARLIGHT软件分别拟合了合并的双AGN和对照的单AGN的光学光谱中的吸收线和连续谱。通过研究它们的星族特性及两者间的异同,发现与单AGN复合谱相比,双AGN候选体样本的合并谱具有更多中等年龄及老年星族的贡献,反映出更剧烈的中心黑洞。在金属丰度方面,单AGN的主导星族为太阳金属丰度的星族Z_⊙,而双AGN候选体合并谱中贡献较多的星族为亚太阳金属丰度星族0.2 Z_⊙和富金属丰度星族2.5 Z_⊙,表现出了差异性特征,也预示着这类样本中恒星形成历史更加复杂,呈现出了多样化。在幂律谱成分贡献方面在单、双AGN中老年星族都贡献了其大部分质量,但单AGN复合谱中幂律成分占比为8.2%,明显高于双AGN候选体合并谱中幂律成分的贡献。     

基于影响空间和数据场的LAMOST低质量光谱分析

针对LAMOST DR5 pipeline分类为Unknown的光谱数据对其进行了特征提取和聚类分析。主要工作如下：(1) 基于影响空间及数据场的特征提取。首先基于影响空间从低信噪比光谱中提取出大量小集团;然后计算各小集团内部的场并根据场对光谱排序,依次访问光谱序列及其小集团内的成员来获得特征谱;(2) 对上述特征谱进行K-means聚类,并统计了每一类目标所在天区、观测视宁度、各波段信噪比、亮度、光谱仪/光纤的分布情况。(3) 低质量光谱聚类结果的理论分析。通过聚类所有低质量光谱被分为了5大簇：A 光谱信噪比较低或与传统分类模板差异较大,但通过特征分析可确定其类别（占比2.7%）;B 光谱蓝端或红端出现疑似特征线或分子带,但与线表无法匹配（占比23.6%）;C 光谱蓝端信噪比极低,且该波长区域噪声值较强,其他波长区域的连续谱和线的特征较弱（占比48.0%）;D 红蓝两端拼接问题导致5 700～5 900 Å局部光谱突起明显,其他波长区域的连续谱和线的特征较弱（占比24.2%）;E 存在大量缺省值导致无法确定其类别（占比1.5%）。实验结果表明,该方法不仅能够有效提取低信噪比光谱的特征谱,同时能够通过特征谱的聚类分析揭示低质量光谱的成因,从而为制定光谱观测计划提供参考,为低信噪比光谱分析及处理提供方法借鉴。