近邻星系的弥散电离气体研究

Galaxy evolution is a complete ecosystem. Gas is like the blood system, which connects the evolution of galaxies and the whole universe through physical processes like gas accretion, star formation, outflow and feedback. The widely existed warm and low density diffused ionized gas is particularly important for the evolution of galaxies. The first Integral Field Spectrograph for astronomical observations in China--CHILI, has a large field-of-view and 100% filling factor. These characteristics give CHILI unique advantages in detecting extended and faint diffuse ionized gas. Using observational data from CHILI and priority data from the SDSS-IV MaNGA survey and the VENGA survey, our project will investigate diffuse ionized gas in three different types of galaxies: early-type, late-type, and merging galaxies. We plan to analyze the spatial distributions, ionized structures and kinematic properties of the diffused ionized gas. Our focus is to answer questions like: how star formation quenched in early-type galaxies, AGN feedback, galactic outflow, and star formation histories in the low-surface brightness galaxies. With these 2D spectroscopy and multi-wavelength images from X-ray to Infrared band, we will explore the relationship between different phases of interstellar medium such as the hot gas, warm gas, cold gas and the dust. Through our program, we expect to make significant advances on our understanding of galaxy evolution.

星系的演化是由气体作为交换媒介和纽带的完整生态系统。气体通过吸积、恒星形成、外流等物理过程把星系中各成分连接起来。其中广泛存在的温、低密度的弥散电离气体，因其在星系外围和星系际介质中占主导，对揭示星系演化历史有独特的意义。特别是随着二维光谱的普遍应用，其作用越来越受到人们的关注。中国第一台用于夜天文观测的积分视场光谱仪—CHILI，因其大视场和100%覆盖率，对观测暗弱弥散电离气体有独特的优势。本项目将结合SDSS-IV MaNGA和VENGA等大样本星系二维光谱观测的数据，和CHILI即将展开的对近邻大尺度星系深度曝光的观测，系统地探索一批早型、晚型和并合星系。通过这些星系中气体的空间分布、电离结构和动力学特征，结合它们的多波段数据，在恒星形成历史、辐射遗迹、核球和盘的增长、星系并合、外流等方面全面构建星系的过去、现在和未来的整体演化图景。

本项目计划对近邻星系的弥散电离气体进行深入的观测研究，充分使用先进的积分视场光谱数据与多波段观测相结合，研究对象覆盖了早型星系、晚型星系以及并合星系中的电离气体，主要研究内容包括大质量早型星系中恒星形成的熄灭与宁静状态的维持，活动星系核的活动遗迹，星系盘外及盘上的弥散电离气体，以及星系对的动力学、恒星形成以及电离结构。同时利用观测到的丰富发射线，结合光致电离模型计算电离气体的物理性质。.项目利用国际上的公开数据（例如SDSS-IV/MaNGA，VLT/MUSE等），取得了较好的观测成果，在恒星形成历史、活动星系核辐射遗迹、核球和盘的增长、星系并合、外流等多个方面获得了更丰富的细节。重要结果包括：我们研究了从晚期类型到早期类型的形态转换以及星系恒星形成的熄灭，发现形态转换主要受恒星质量调控；调查了不同红移下星系的恒星形成和星系尺寸之间的关系，并发现在给定恒星质量的情况下，恒星形成和星系尺寸关系不大。我们探测到近邻赛弗特星系中聚集在核区星暴环的电离气体，发现了kpc尺度外流的证据，定量计算了星暴风与AGN外流的能量贡献，表明在同时存在较强的核区恒星形成与AGN活动的星系中恒星反馈与AGN反馈可能同等重要，从空间分辨电离气体研究的角度为如何区分恒星的反馈与AGN反馈这一难题给出了线索。首次探测到近邻星系对M51系统中NGC 5195星系10 kpc尺度的电离气体结构，而发射线诊断图的结果显示该结构主要与AGN光致电离有关，可能是来自于过去的AGN外流或是被曾经的AGN电离的潮汐剥离物质，是星系尺度电离气体遗迹最好的例子之一。发现了在蓝致密矮星系中可能正在进行的气体吸积事例，从低金属丰度、增强的恒星形成、气体运动学与宿主星系脱耦等方面为星系演化的一个重要过程提供了直接观测证据。利用光致电离模型发现了类星体外流在尘埃环的激波电离高密度气体的证据。.项目组迄今共正式发表基金标注论文34篇，均发表在国际天文主流刊物。项目组积极开展国内和国际合作与线上、线下学术交流，出访约20人次。共培养了近10名二维光谱观测、星系形成与演化多波段研究等方面的研究生，为即将到来的我国空间站光学巡天望远镜CSST积分视场终端提供了必要的技术和科学储备以及生力军。