非侧向旋涡星系的标高、旋臂结构以及星系盘中黑洞吸积盘核素合成的研究

It is very difficult to determine the exact value of scaleheight when a spiral galaxy looks non-edge-on or face-on. In this work, we will investigate the scaleheights based on solving Poisson’s equation for the logarithmic disturbance of matter density in three-dimensional spiral galaxies. We will also study the spiral structures, some other parameters and their statistics of the spiral galaxies. The values of some spiral galactic disk orientation parameters, such as the inclination angle and the position angle of M51, have not been well determined, and here we will make improved estimates of these parameters. In addition, in this work we will investigate possible composition changes due to nuclear reaction processes in the hot regions of accretion disks and outflows around black holes. Some persistent problems for the origins of some nuclear species still remain to be solved in astrophysics. Nucleosynthesis in accretions and outflows can be seen as a possible channel to synthesizing nuclear species. We have already given a rough estimation of a possible new origin of the famous species 26Al in the Galactic disk, which depends on nucleosynthesis in the accretion disks and the quantity of stellar-mass black holes.

对于非侧向(non-edge-on)的旋涡星系，通过测光的方法来获得其星系盘的标高等参数极为困难。本项目将通过研究对数螺旋型物质密度扰动情形下的有限厚度星系盘Poisson方程的严格解，来对非侧向的旋涡星系盘的标高,旋臂结构以及相关参数进行研究，并进行大样本测量与统计。此外，在旋涡星系基本参数的研究中，因各种干扰因素还有很多难题没有定论，例如对M51星系盘的倾角和盘的长轴方位角的定论；类似难题也是本项目的研究重点，并已预研。本项目还将对星系盘中黑洞吸积盘的核素合成进行研究，以解释一些当前元素起源理论不能解决的重要核素起源或超丰的难题。一些已知核素丰度的观测值与现有理论值的严重不符，是困扰天文学界的重大疑难问题之一，例如著名的银河系银盘中26Al的超丰难题，申请人已做了预研。将根据疑难核素在星系盘中的观测分布以及黑洞吸积盘对它们的贡献程度，分析星系盘的参数与黑洞吸积盘物理参数之间可能的规律。

在天文学研究中，往往采用测光法、即测量星系图像表面亮度的分布来获得侧向型(edge-on)星系盘的标高或厚度参数，然而对非侧向(non-edge-on)星系盘标高的测算，测光法却并不适用。本课题研究了有限厚度星系盘Poisson方程的解，并在此基础上，建立了非侧向(non-edge-on)旋涡星系盘标高及其相关参数的计算程序并进行了实际测算，即通过对旋涡结构相应关键参数的测量，将星系盘的标高计算得出；这是目前国际上获得非侧向旋涡星系盘标高的最为简易而有效的方法。此外，由于面向型(face-on)星系盘的椭率很小，导致了对盘的倾角与主轴方位角的测取困难，本课题通过在星系盘内区对旋臂结构的拟合测算，来解决面向型星系盘的倾角与主轴方位角难以确定的难题。本课题还对黑洞吸积盘中的核合成对宿主星系元素起源的贡献进行了研究。我们研究了与伽玛暴相关的吸积盘中核合成的产出，发现一些较重元素特别是Fe族元素能够在吸积盘的外流中大量形成，可以影响其宿主星系的化学演化。我们还对一些疑难核素的超丰难题进行了研究，这些重要核素的观测值与理论值相去甚远，是核天体物理研究领域的重大疑团，例如伽玛暴爆发时56Ni大量产生之谜。我们的测算结果表明：56Ni在与伽玛暴相关的吸积盘外流中的产出可以高达0.463Msun，与观测量基本相符；这可以为56Ni产量暴发难题的解决提供参考。