深場中的高紅移星系和活動星系.pdf

1、1999年發(fā)射升空的Chandra以其無與倫比的分辨率和低背景完成了大量的科學(xué)價值顯著的深場觀測．我的博士論文研究工作從系統(tǒng)分析Chandra深場數(shù)據(jù)開始，并對Chandra南天深場中兩個特殊的具有相對論外流的高紅移類星體進行了細致研究．由于ChandraX射線望遠鏡杰出的性能，這些深場的數(shù)據(jù)不僅對研究類星體和活動星系至關(guān)重要，同時也提供了研究高紅移星系的嶄新的技術(shù)手段．近年來人們通過窄波段測光的方法尋找到大量的高紅移萊曼α發(fā)射線(LA

2、E)星系，這些高紅移LAE星系對我們了解高紅移宇宙的性質(zhì)以及早期宇宙中的星系形成與演化具有不可替代的作用．我們利用Chandra深場的X射線觀測數(shù)據(jù)系統(tǒng)研究了高紅移LAE星系的X射線觀測性質(zhì)，分析了LAE星系中的活動星系核(AGN)的貢獻，從X射線數(shù)據(jù)獲得了這些星系中恒星形成率的上限，并限定了Lyα在星系中的逃逸幾率．隨后我們將研究視野拓展到高紅移LAE星系的光學(xué)觀測與分析，包括光譜證認，光度函數(shù)，Lyα線等值寬度分布，成團性等方面，<

3、br>　　 在第一章，我簡單介紹了X射線天文學(xué)的發(fā)展以及ChandraX射線深場，以及宇宙的恒星形成歷史和搜尋高紅移恒星形成星系的方法。
　　 在第二章，我們給出了LALACetus天區(qū)基于ChandraX射線衛(wèi)星174千秒的曝光數(shù)據(jù)的X射線源星表，這里我們介紹了如何 一步步處理Chandra成像觀測并得到最終星表和分析的結(jié)果，并在該天區(qū)發(fā)展使用了一種分析X射線背景的新方法．
　　 Chandra南天深場具有累計4Ms

4、的有效曝光時間，是人類所獲得的最深的X射線觀測，我們在第三章中處理分析了Chandra對CDF-S的觀測數(shù)據(jù)．之前的研究使用CDF-S最早的1Ms的觀測數(shù)據(jù)探測到了兩個具有相對性外流特征的高紅移類星體．我們對隨后的1MsChandra數(shù)據(jù)分析進一步驗證了之前的觀測結(jié)果，這種后續(xù)重復(fù)觀測的驗證對于天文學(xué)中發(fā)現(xiàn)的罕見觀測特征的研究不可缺少（從大量天文數(shù)據(jù)中探測到純粹的高顯著水平的背景噪聲漲落的可能性往往不可忽略），從而徹底排除了這些觀測特征

5、來源于背景噪聲的可能性，我們的分析還表明其中一個類星體的外流可能存在外流速度的減弱或者電離態(tài)的變化．
　　 第四章，我們轉(zhuǎn)而研究星系的X射線輻射特征，我們的星系樣本是窄波段巡天找到的紅移4.5的萊曼α發(fā)射線星系．我們發(fā)現(xiàn)除去一個源有強烈的X射線輻射，而且已被光譜證認為紅移4.48的一型類星體，其它的源都沒有X射線輻射，即使用疊加X射線光子的方法也沒有探測到信號．我們得到紅移4.5的萊曼α發(fā)射線星系的X射線輻射的平均(3σ)上限，

6、為(L0.5-2κeV)＜2.4.×1042ergs-1.分析已有X射線探測的紅移z＞2的萊曼α發(fā)射線星系，我們發(fā)現(xiàn)它們都是AGN，但Lyα等值寬度都小于200A.具體分析1型AGN模版和典型2型AGN，我們發(fā)現(xiàn)樣本里隱藏的AGN比例會非常小，而且大都是在小等值寬度的子樣本里．
　　 第五章里，我們延續(xù)了第四章的方法，對CDF-S天區(qū)所有的萊曼α發(fā)射線星系樣本的X射線性質(zhì)進行分析，包括紅移Z～0.3，1.0，2.1,3.1,3.

7、2,4.5,5.7和6.5的萊曼α發(fā)射線星系樣本，我們發(fā)現(xiàn)僅紅移0.3處有X射線探測，對應(yīng)X射線輻射是來自于恒星形成過程，更高紅移處，只能得到X射線輻射的上限．我們假定此類星系的X射線輻射都是來自于恒星形成過程，因為X射線對星系里的塵埃不敏感，故而由X射線得到的恒星形成率和由Lya得到的恒星形成率之比可以用來限制Lyα光子在星系里的逃逸比例，我們的結(jié)果和用其它方法得到的一致，我們發(fā)現(xiàn)，紅移2-3處，Lyα光子在星系里的逃逸比例fescL

8、yα＞14％（置信度84%）．我們的數(shù)據(jù)在99.87%的置信度上排除了fescLyα＜5.7%．
　　 接下來我們轉(zhuǎn)移到萊曼α星系的光學(xué)性質(zhì)，第六到八章里，我們基于紅移4.5的萊曼α星系樣本的光譜證認觀測，分別討論了萊曼α光度函數(shù)，萊曼α等值寬度分布，以及萊曼α星系的成團性．在第六章光度函數(shù)的分析里，我們綜合了所有紅移4.5處的萊曼α星系的光度函數(shù)，并和其它紅移處的光度函數(shù)進行比較．我們發(fā)現(xiàn)萊曼α星系的光度函數(shù)存在演化，而且積分

9、萊曼α星系的光度函數(shù)所得到的萊曼α光子的密度在整個宇宙學(xué)階段同UV波段選的恒星形成星系一致，意味著宇宙尺度上萊曼α光子逃逸的比例是恒定的，第七章等值寬度分布里，我們用波段比代替直接計算等值寬度，發(fā)展出蒙特卡羅方法對等值寬度和線光度的依賴關(guān)系進行比較分析，發(fā)現(xiàn)等值寬度遵從指數(shù)分布且不依賴于線的強度，我們的蒙特卡羅方法有助于對未來窄波段巡天的設(shè)計，第八章，我們分析了光譜證認后的星系的成團性，肯定了以前僅基于測光選樣本的成團性的結(jié)論．我們發(fā)現(xiàn)