基于质量估计的恒星大气参数的自动测量

近些年海量恒星光谱数据的获取使得恒星三个基本参数（表面有效温度Teff,表面重力log g,金属丰度[Fe/H]）的自动测量方法研究成为一个重要的研究课题,相应对恒星大气物理参数测量的研究将对科学家研究宇宙演化等重大科学问题具有重要的意义。但是目前国内外针对此问题所做的研究并不是很广泛深入,且已有的一些方法还不能够完全准确地估计出恒星的大气物理参数。因此本文研究了一种基于质量估计的恒星大气物理参数自动测量方法,该方法计算量比较小,其主要思想是首先建立一些质量分布,将原始光谱数据经过质量估计算法映射到新的质量空间,然后在质量空间利用支持向量机回归对恒星的三个基本物理参数进行估计。在实验中,从SDSS-DR8光谱数据库中选择部分实测光谱数据来进行训练和测试,并将该方法预测出的参数结果与SSPP给出的参数值进行了对比,取得了比较理想的结果。实验结果表明, 该研究方法的准确率更高,预测结果更稳定,训练所用的时间短,在恒星大气物理参数自动测量上是行得通的,可以有效地测量恒星的大气物理参数。     

《相对论、宇宙与时空》连载⑩——深入浩瀚的星空(下)

4.银河系 当伽利略把望远镜指向银河的时候,发现夜空中那像薄雾般淡淡的带子,原来是密密麻麻数不清的星星.人们逐渐认识到这是一个巨大的旋转的盘状星系,由大约2000亿颗恒星组成,我们的太阳系是这个巨大星系的一部分,位于它的转盘的边缘[1-10](图16,图17).     

银河、星系和大宇宙

银河系是我们生活的地球和太阳所在的恒星系统,其质量的1.4×10^11太阳质量,其中恒星约占90%,气体和尘埃组成的星际物质约占10%。平时我们在晚间看到的所有恒星几乎全部属于银河系,由于大量恒星投影在天球上形成乳白色光带。     

相同质量的矮星系

试想象一下：把100个块头各不相同的人放到秤上,却发现他们体重一模一样!在观测与银河系相邻的一群微型星系时,天文学家们发现了跟上述情况同样莫名其妙的现象：不管各星系包含多少恒星,每个星系的质量都是相同的。这项发现或许可以揭示有关星系的形成,甚至有关被称为“暗物质”的那种神秘物质的特性。     

探索恒星世界

晴夜的天空繁星闪烁,非常迷人。星空常激起人们的想象力,引发人们去探索宇宙的奥秘。满天的繁星,除了几颗是行星之外,几乎全部是恒星,太阳就属于恒星世界成员之一。恒星是由炽热的气态物质组成的,是能自己发热、发光的球形或接近球形的天体（本期的中心彩色插页配有精彩的“恒星大世界”图片,请读者在阅读本文时参阅）。恒星的化学组成大同小异,     

流形判别分析和支持向量机的恒星光谱数据自动分类方法

尽管经典的分类方法支持向量机SVM在天文学领域广泛应用,但其只考虑类间的绝对间隔而忽略类内的分布性状,因而分类性能有待于进一步提升。鉴于此,提出一种新颖的基于流形判别分析和支持向量机的恒星光谱数据自动分类方法。该方法引入流形判别分析的两个重要概念：基于流形的类内离散度M_W和基于流形的类间离散度M_B。所提方法找到的分类面同时保证M_W最小且M_B最大。可建立相应最优化问题,然后将原最优化问题转化为QP对偶形式求得支持向量和判别函数,最后利用判别函数判断测试样本的类属。该方法的最大优势在于进行分类决策时,不仅考虑样本的类间信息和分布特征,而且还保持了各类的局部流形结构。SDSS恒星光谱数据上的比较实验表明该方法的有效性。     

基于统计窗的恒星连续谱自动拟合方法

提出一种基于统计窗的恒星连续谱拟合方法。该方法将恒星光谱划分为若干个统计窗,在每个窗口内根据信噪比选取一定比例的流量点,然后对选出来的流量点进行低阶多项式迭代拟合,从而得到连续谱。实验表明,与其他方法相比,该方法得到的连续谱更接近于实际连续谱。该方法对SDSS中除M外的各种光谱型连续谱的拟合均具有很高的实用性和鲁棒性,对于郭守敬望远镜(LAMOST)先导巡天恒星光谱的连续谱拟合同样具有非常好的效果。     

基于Haar小波特征的恒星光谱物理参量自动估计

恒星大气物理参数的自动测量是大型巡天计划中海量光谱数据自动处理中的一个重要内容。首先使用多尺度Harr小波对恒星光谱数据进行特征分解,然后选用相应的小波系数作为光谱的特征向量,最后采用非参数回归算法对光谱的物理参数进行估计。研究表明,只需对光谱进行四层小波分解, 并选择第四层小波系数作为光谱的特征向量,即可获得重力加速度和表面有效温度的较好估计。对于化学丰度的估计,选择第一层小波系数作为光谱特征向量可取得较好效果。选用文献相关研究中常用的恒星大气模拟模型合成光谱库ELODIE中光谱数据测试了该方法的有效性。结果表明,基于Harr小波分解的光谱特征提取方法对恒星表面温度、表面重力和化学丰度等物理参数的估计具有较高的精度和鲁棒性。     

LAMOST恒星分类模板间相似性度量分析

随着获取和收集天文光谱大数据能力的与日俱增,合理利用计算科学技术正确地分析海量光谱的处理方法及结果统计。前述工作采用了欧氏距离分析判别LAMOST实测光谱与模板之间相似度的研究,研究恒星分类准确性取决于高质量的模板光谱,选取LAMOST光谱在用的分类软件中183个恒星模板光谱,分别利用欧氏距离和马氏距离方法得出A,F,G,K和M型恒星模板间的均值和最大值,完成每条谱线相互之间的相关性分析,找出相对距离较大的模板及形成原因。相似度度量可视化实验数据结果表明模板之间具有一定的区分度,通过马氏距离分析模板间相似性能更进一步辨识出相近模板之间的细微差别,具备较优良的判别效果,证实了LAMOST现有分类的各模板间距离较均匀,且分类结果较为准确。该研究可进一步优化在用光谱分类模板,提升LAMOST恒星分类模板库的精确度和可信度。     

利用恒星闪烁测量等晕角的研究

利用恒星闪烁测等晕角是目前应用最广泛的等晕角测量方法。基于理论分析,引入了更准确的计算公式,通过公式推导、数值计算,得出最佳探测孔径直径与菲涅耳尺度相当,分析了复色光的闪烁等效波长及湍流路径长度变化范围的问题,讨论了等晕角与闪烁的比例系数C的计算问题。菲涅耳数在范围0.5~1.1时,比例系数随菲涅耳数的变化可用三次多项式进行拟合,比例系数不能简单地取波长位于500nm时的固定值,需根据应用实际利用拟合的三次多项式来计算。