高红移莱曼断裂星系的大样本多波段研究

对年轻高红移星系的观测是研究"星系在何时并且怎样形成的"这一问题的有效手段，对从观测上建立星系如何形成并演化的图像以及检验演化模型都具有重要的意义。AEGIS国际多波段深场巡天项目是目前观测波段最多（从X-ray到射电）、覆盖天空面积最大（0.5-1平方度）的深场巡天之一。该巡天所提供的高质量数据可以用来研究星系特征如何随红移演化这一前沿课题。本项目利用u'g'R等光学波段的数据，通过莱曼截断技术在EGS天区挑选红移为3左右的莱曼断裂星系样本。这一样本将比已有的同类样本大近10倍。基于该样本和紫外至红外等多波段的观测数据，我们将研究莱曼断裂星系的光度函数、成团性、星系质量、恒星形成历史、恒星形成率、尘埃消光以及红外等多方面的性质，从而为星系的形成和演化图像提供更加细致和完整的视点。

本项目拟在EGS天区挑选高红移莱曼断裂星系，并对它们的物理性质进行多波段研究。项目进行过程中，我们发现关键数据──R波段的测光结果──存在较大的误差，并且测光零点随区域变化。这可能是因为在合并图象时，测光零点没有统一引起的。R波段测光的不稳定性会极大地影响挑选莱曼断裂星系的准确性。因此我们试图通过划分不同的小区域来减小这个误差，但效果不理想。与此同时，我们对高红移莱曼断裂星系在近邻宇宙的类似天体──蓝致密（矮）星系的物理性质进行了多波段研究。蓝致密矮星系（BCD）是正在进行星暴活动、贫金属富气体的天体，因此一般认为处于演化早期──与早期宇宙星系类似──因此可以用来更加细致地研究在类似早期宇宙环境下的恒星形成活动以及化学增丰过程。我们分别研究了BCD的光度-金属丰度（L-Z）关系、星族性质以及化学演化。我们发现，与其他类型星系类似，L-Z关系也同样存在于BCD中──这澄清了文献中存在的一些相互矛盾的结果；另外，随着波长的增加，该关系变得更平缓。光学波段的L-Z关系更多的受到近期恒星形成活动以及消光的影响。而且我们对BCD星族和恒星形成活动的研究发现，BCD不是进行第一次恒星形成活动的年轻星系，而是年老的、处于星暴期的星系；其以恒星质量为权重的年龄可以达到10Gyr，而恒星形成率（SFR）在0.001-几个太阳质量每年之间，且90%的星系当前恒星形成率与过去平均值的恒星形成率的比值大于2-3。我们根据BCD的形态，将BCD分为E-type和I-type两类，研究了它们的气体质量、重子质量、金属丰度、气体含量之间的相互关系，并与矮不规则星系进行比较。我们发现，对于这些关系，I-type BCD和E-type BCD具有类似的斜率；但是，对于给定的星系质量，E-type BCD总体来说比I-type BCD要更加的富金属、贫气体。而矮不规则星系则处于这两类BCD之间。根据这些结果，我们建议这两类BCD处于不同的演化阶段和/或者具有不同的前身星系；而且这些星系在演化过程中经历了一定的内（外）气体流和/或者并合。除了对BCD的研究，我们还研究了其它一些与星系形成和演化相关的有趣课题，如矮星系的起源问题、星系并合率随时间的演化以及场旋涡星系中核球的星族成分等，都取得了有一定科学意义的结果。