quasarstaff.ustc.edu.cn/~xkong/gal-astro/lesson-28.pdf · 2021. 1. 14. · 9.2.4 agn形成...
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9.2.4 AGN形成
2021/1/14 29 [email protected]
宇宙早期星系中富含气体，黑洞吸积气体，核区辐射重要：Quasar
气体进一步减少，核不活跃，普通的旋涡星系
小质量星系并合形成较大星系，星系核区形成黑洞
富气体的次并合，可能先形成射电星系；气体消耗变少后变为赛弗特星系
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Active Galaxies as part of Galaxy Evolution
2021/1/14 30 [email protected]
Hopkins et
al. 2008
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许多类星体光谱中有多重吸收线
吸收线的红移低于QSOs的发射线
大多数光谱线很窄，s < 100 km/s
气体多是介于类星体和观测者之间：星系际气体（IGM）
宇宙中存在大量的弥漫星系际气体
谱线证认：利用谱线系、双重线等
星系际气体密度范围大
从致密（如星系盘）到弥散都存在
非常弥漫的星系际气体云最为常见
但最致密云含有几乎所有中性气体
吸收物质并不是原初的，已经含有一定量的恒星核燃烧产生的重元素
2021/1/14 31 [email protected]
9.3 星系际气体 IGM
Lyman Limit
CIVemSiIVem
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类星体吸收线：本征吸收和插入吸收线
本征吸收线：起源于QSOs附近的介质和QSOs的物质外流，zabs ~ zem
插入吸收线：产生于星系际介质，红移比类星体低（zabs < zem）
阻尼赖曼α系统（DLA）：HI的柱密度 NHI > 210
20 cm-2，赖曼α线是光厚的，具有明显的阻尼翼
2021/1/14 32 [email protected]
9.3.1 类星体吸收线
赖曼a森林系统（ Lyα forest system ）：NHI = 1012 – 21017 cm-2；窄线，HI Lya吸收，QSOs蓝段谱，丰富
赖曼系限系统（Lyman-limit system）：NHI ≥ 21017cm-2；吸收了波长 l < 912(1+zabs)Å几乎所有光子；造成连续谱break
金属线系统：MgIIλλ2796,2800；CIVλλ1548, 1550；位于Lya发射线红端，易观测
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谱线宽度W于NHI和b关系
2021/1/14 33 [email protected]
W吸收线等值宽度；f(l)观测谱；f0为连续谱
b2=2kBT/m
b为多普勒参数；T为气体温度；m为吸收原子质量
上：The equivalent width of the Lyα line as as a function
of the HI column density NHI and the b parameter.
下：The absorption line profiles for different values of
NHI and b.
线性部分
水平部分
阻尼部分
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Lyα forest：位于类星体视线方向低密度中性氢云的Lya吸收线；由于HI云处
于视线方向不同的位置（红移不同），在Lya发射线蓝端产生了一系列吸收线：forest
Lyα forest 特性：
2021/1/14 34 [email protected]
9.3.2 赖曼α森林系统
QSOs连续谱和发射线，叠加了不同类型的星系际吸收线。
尺度：很大，~102 kpc，个别达105 kpc
形态：可呈球状、纤维状或盘状
重元素丰度：~ (10 −4 – 10−2) Z⊙
空间分布：一般不成团，仅在小尺度上有弱成团倾向
红移演化：dN/dz = A(1+z)g；z ~ 2-4时A = 3.5，g = 2.7，随红移演化剧烈； z < 1.5时γ ~ 0.15，A ~ 35，演化小
起源：赖曼α森林系统起源于星系际气体的过密区。
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Lyman-limit systems （LLS）: 窄吸收线系统，对可以电离H原子的光子是光厚的； 吸收了l < 912(1+zabs) Å 几乎所有光子，造成连续谱break
光子波长l λLL.
类星体PKS0454+039（z = 1.34）:发射线Lyb（2400Å）, Lya（2850Å）
Lyman limit system: z = 1.15,
break at λobs~1950Å = 912*(1+1.15);
Strong Lyα line at l = (1215/912)
*1950 = 2598Å
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Damped Lyα systems (DLAs): NHI > 2
1020 cm-2（HI的柱密度高）
sub-DLAs: 1019 cm-2 ≤ NHI ≤ 21020
cm-2
DLA特性：
尺度：1 – 10 kpc，与星系同量级。
形态：包含若干小云或者旋转气体盘
重元素丰度： 10−1Z⊙，比赖曼α森林吸收体高一个量级。
空间分布：有强烈成团倾向
演化：不随红移演化
起源：可能与星系有关，产生于旋涡星系的盘或晕；富气体的矮星系；低表面亮度星系。
2021/1/14 36 [email protected]
9.3.4 阻尼赖曼α系统
产生阻尼Lyα吸收的气体云中锌相对于氢的丰度。
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Gunn-Peterson效应：介于观测者和高红移类星体之间的低密度HI云块，吸收了高红移类星体Lya发射线（1215Å）短波侧大部分的光，使得
平均后的强度低于发射线的长波侧的光，造成Lya发射线不对称。
Gunn-Peterson槽：类星体光谱的特征，由于早期宇宙中存在大量的中性氢，使得红移z > 5.8的类星体 l < 1215Å波长区间几乎完全被吸收。
黑暗时期 - 复合时期（HI r大）- 宇宙再电离
2021/1/14 37 [email protected]
9.3.5 Gunn-Peterson效应
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2021/1/14 [email protected] 38
9.4 高红移星系
Why study high redshift galaxies？
We Can!
It’s Fun!
Watch cosmic history!
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Lyman-break galaxies (LBGs): starburst galaxies at high redshifts, identified by the
colors of their far ultraviolet spectral energy distribution around the 912 A Lyman
continuum discontinuity （dropout）.
2021/1/14 39 [email protected]
How to find high redshift galaxies?
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Lyman-alpha emitter (LAE): is a type of distant
galaxy that emits Lyman-alpha radiation.
2021/1/14 40 [email protected]
How to find high redshift galaxies?
LBGs
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2021/1/14 41 [email protected]
How to find high redshift galaxies?
Sub-millimeter galaxies (SMGs)
Extremely Red Objects
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SF and passive galaxies at 1.4
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2021/1/14 43 [email protected]
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Cosmic Star Formation History
2021/1/14 44 [email protected]
The curve show the baseline Mitaka model
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Galaxy Stellar Mass Function
2021/1/14 45 [email protected]
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What we think we know
2021/1/14 46 [email protected]
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2021/1/14 47 [email protected]
蓝色:宇宙早期星系形成绿色:星系相互作用并合红色:星系内部长期演化