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中科院云南天文臺招生專業(yè)與研究方向簡介：天體物理專業(yè)（學(xué)術(shù)型）

擇校擇業(yè) 來源：中科院云南天文臺 2021-07-22　相關(guān)院校：中科院云南天文臺

天體物理專業(yè)（學(xué)術(shù)型）

【恒星研究領(lǐng)域】

1.雙星演化的基本物理過程

天空中的恒星大約一半屬于雙星，大質(zhì)量恒星中雙星的比例可高達(dá)百分之七十。雙星的兩子星在引力的作用下互相繞轉(zhuǎn)，并發(fā)生相互作用，使得雙星演化與單星演化截然不同。雙星演化解釋了恒星世界的絕大多數(shù)謎團(tuán)，可以形成一些重要天體如Ia型超新星、恒星級雙黑洞等，與宇宙學(xué)和引力波天文學(xué)密切相關(guān)。潮汐和物質(zhì)交換是雙星中最常見的相互作用。雙星間物質(zhì)交換的動力學(xué)穩(wěn)定性，以及動力學(xué)非穩(wěn)定時形成的公共包層及演化過程是雙星演化理論中兩個基本未解問題。該研究方向主要通過建立物理模型來研究雙星的兩個基本未解問題，同時研究非守恒物質(zhì)交換（一顆恒星丟失的物質(zhì)不能被另一顆恒星完全吸積）、角動量損失方式、星風(fēng)吸積等雙星間發(fā)生的一些物理過程。目前，云南天文臺大樣本恒星演化團(tuán)組成員建立了恒星絕熱物質(zhì)損失模型和熱平衡模型，將雙星快速物質(zhì)損失過程中的物理結(jié)構(gòu)變化與軌道系統(tǒng)的演化、物質(zhì)交換的邊界條件假設(shè)等分離，降低了研究雙星快速物質(zhì)交換問題時的難度和維度。

2.雙星星族合成

雙星星族合成是指根據(jù)恒星（雙星）演化的一般規(guī)律，同時演化數(shù)百萬顆恒星，得到某類或某幾類恒星的總體特征，并同時追蹤某些復(fù)雜恒星系統(tǒng)的個體行為。上世紀(jì)90年代，隨著國際天文觀測手段和方式的巨大改變,雙星星族合成研究得到發(fā)展，并逐漸成為恒星研究一個重要學(xué)科分支。目前，雙星星族合成是大數(shù)據(jù)時代下研究特殊恒星的普適方法。云南天文臺大樣本恒星演化組是雙星星族合成研究的開拓者之一，在世界上對雙星星族合成的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，利用雙星星族合成方法在鋇星、熱亞矮星、Ia型超新星前身星、X射線雙星等特殊恒星的研究上取得了國際領(lǐng)先的研究成果，并推動了雙星在星族、星系研究中的應(yīng)用。

3.演化星族合成

由于星系距離遙遠(yuǎn)難以直接分解為恒星，只有通過比較各種星族組分的合成效果同星系的積分測光和分光特性來確定其星族組成。演化星族合成法是利用恒星演化理論得到星團(tuán)或星系中具有各種初始質(zhì)量和化學(xué)成分的恒星在赫羅圖上隨時間的分布，并將每時刻光度、有效溫度等物理量通過恒星光譜庫轉(zhuǎn)化為觀測特征量，然后在初始質(zhì)量函數(shù)和恒星形成率等基本假設(shè)下，按照一定算法得到星團(tuán)或星系的光譜等積分特性隨時間的演化。云南天文臺的演化星族合成模型和方法研究始于2000年，率先在模型中包含了雙星（2004年，Yunnan 模型），比國際上早4-5年。雙星相互作用會產(chǎn)生一些溫度非常高的天體。這些天體對星族積分光譜的短波部分有重要貢獻(xiàn)。近年來，Yunnan模型被不斷改進(jìn)和優(yōu)化，加入了動力學(xué)效應(yīng)，被應(yīng)用于近鄰星系研究，包括星系參數(shù)確定、星系形成、演化、HII區(qū)等。

4.基于LAMOST、CSST的雙星科學(xué)研究

我國自主研制的大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）理想狀態(tài)下可以同時觀測4000個目標(biāo)源。截止2019年3月，LAMOST已經(jīng)發(fā)布了1125萬條光譜數(shù)據(jù)（DR6），其中高信噪比光譜（S/N>10）達(dá)到937萬條，并同時發(fā)布了世界上最大的、包括636萬組恒星參數(shù)的星表。中國空間站多功能光學(xué)設(shè)施（CSST）預(yù)計2024年發(fā)射，波長覆蓋范圍為255-1000 nm，有望在十年巡天的時間里獲取數(shù)十億恒星的測光數(shù)據(jù)和數(shù)億條恒星光譜。CSST的高空間分辨率和極深的巡天深度，使得我們不僅對銀河系，還可對仙女座星系、三角座星系等數(shù)百個近鄰星系中的單顆恒星進(jìn)行觀測。該研究方向主要是通過LAMOST二期中分辨率光譜巡天5年的觀測,對雙星比例、雙星的軌道周期分布、質(zhì)量比分布及其對金屬豐度、恒星光譜型的依賴關(guān)系給出全面的統(tǒng)計分析。基于CSST參數(shù)設(shè)置，開展CSST雙星科學(xué)預(yù)研究，包括雙星族的基本性質(zhì)、光譜雙星、雙星演化形成的特殊恒星、超高速星等。

5.Ia型超新星前身星及爆炸

人們通過Ia型超新星測距，發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹，推出了暗能量的存在。現(xiàn)在，人們正在利用Ia型超新星測量暗能量的物態(tài)方程及其隨時間的演化。同時，Ia型超新星還被用來驗證廣義相對論的基本假設(shè)，Ia型超新爆炸是星系化學(xué)演化中鐵元素的主要來源。物理本質(zhì)上，Ia型超新星來自于碳氧白矮星的熱核爆炸。恒星演化形成的白矮星的質(zhì)量峰值在0.6個太陽質(zhì)量附近，遠(yuǎn)低于白矮星的最大穩(wěn)定質(zhì)量（錢德拉塞卡質(zhì)量極限附近）。因此，白矮星需要增加質(zhì)量，達(dá)到最大穩(wěn)定質(zhì)量極限時，在內(nèi)部點燃了不穩(wěn)定的熱核燃燒，生成了大量的56Ni，并瞬間將整個白矮星炸碎。白矮星的質(zhì)量增加過程（前身星問題）和爆炸過程是目前Ia型超新星研究領(lǐng)域最核心的問題。云南天文臺的Ia型超新星研究主要有恒星的初始-終止質(zhì)量關(guān)系（該關(guān)系決定了白矮星誕生時的質(zhì)量）、白矮星吸積模型和質(zhì)量增長過程、Ia型超新星爆炸拋射物與伴星的相互作用等。

6.致密天體引力波源（恒星級雙黑洞、雙中子星、雙白矮星等）

1915年，愛因斯坦廣義相對論預(yù)言了引力波的存在。引力波是物質(zhì)和能量劇烈運(yùn)動和變化能產(chǎn)生一種物質(zhì)波，被稱為時空的漣漪。2015年9月，人類首次成功捕獲到了恒星級雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波信號，標(biāo)志著引力波探測天文學(xué)的開啟。在未來會有越來越多的引力波探測器，例如，歐洲的LISA、日本的KAGRA、中國的天琴、太極。致密雙星系統(tǒng)是一類重要的引力波源，這類雙星主要包括：雙黑洞、雙中子星、雙白矮星、中子星-黑洞雙星、白矮星-中子星雙星等。這些天體，特別是黑洞、中子星，由于電磁輻射少，不易被探測到，目前探測的數(shù)量比較少。引力波探測提供了一種新的探測手段。隨著引力波時代的全面到了，我們可以期待能探測到大量這些天體。致密雙星是恒星（雙星）演化的產(chǎn)物，引力波探測到大量的致密星，給恒星和雙星演化提供了大量的研究對象，推動恒星和雙星演化理論的發(fā)展。大樣本恒星演化團(tuán)組在此研究方向的研究主要包括大質(zhì)量恒星和雙星演化、雙致密星的形成以及其星族合成研究。

7.特殊恒星（毫秒脈沖星、X射線雙星、新星、熱亞矮星、藍(lán)離散星）

宇宙中一些特殊的恒星徹底顛覆了人們對恒星的很多印象。有“宇宙燈塔”之稱的脈沖星可以發(fā)出類似人類“脈搏”的射電信號，該信號曾被認(rèn)為可能來自外星人。有一些脈沖星的自轉(zhuǎn)周期可以達(dá)到毫秒級。太空中有類似“超級CT機(jī)”的X射線雙星，黑洞或中子星吸積伴星物質(zhì)從而產(chǎn)生超強(qiáng)的X光。中國古代“客星”（現(xiàn)代天文稱為新星），能夠突然出現(xiàn)并在一段時間后消失。恒星在演化過程中可以將整個外包層遺失變成溫度高、體積小的熱亞矮星，為年老的橢圓星系提供紫外輻射。被西方媒體稱為“吸血鬼恒星”的藍(lán)離散星，通過吸積伴星的物質(zhì)來實現(xiàn)自己的“返老還童”。這些特殊恒星一般都與雙星演化相關(guān)。特殊恒星為完善和檢驗恒星演化和雙星演化理論作出了巨大貢獻(xiàn)。該研究方向主要是通過雙星演化理論和雙星星族合成來研究特殊恒星的形成和演化。

8.恒星的誕生、死亡與天體化學(xué)

我們在銀河中看到的恒星大都是一個個熾熱的星球，但是它們都誕生于稠密分子云中的低溫氣體和塵埃。在它們恒星生命的最后階段，它們又將以低溫氣體和塵埃的形式將很大一部分核燃燒的灰燼反饋回星際空間。在恒星的生與死這兩個關(guān)鍵階段，它們都宿命般地與低溫星際介質(zhì)相遇，完成一個生命循環(huán)，并呈現(xiàn)為銀河系中明亮的紅外和毫米波輻射源。在恒星形成區(qū)的星際氣體塵埃云和演化晚期恒星的星周氣體塵埃包層中，都發(fā)生著豐富的分子化學(xué)反應(yīng)過程，并在天文觀測中產(chǎn)生眾多的分子譜線的輻射或吸收特征，成為示蹤這些低溫氣體結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)狀態(tài)的極佳探針。云南天文臺大樣本恒星演化組利用智利北部絕佳天文觀測臺址上的世界頂級望遠(yuǎn)鏡，比如ALMA、VLTI等，開展對分子云、恒星形成區(qū)、演化晚期恒星，以及其中的天體化學(xué)現(xiàn)象的觀測研究，解決低溫氣體和塵埃物質(zhì)領(lǐng)域內(nèi)的前沿科學(xué)問題，包括銀河系太陽附近的中小質(zhì)量恒星成團(tuán)形成的模式和驅(qū)動機(jī)制、恒星演化晚期強(qiáng)大星風(fēng)物質(zhì)外流的驅(qū)動機(jī)制和規(guī)律等。

9.雙星與變星

雙星和變星均為宇宙中重要的時變天體。雙星是天體物理研究的“實驗室”，同時也是尋找系外行星和獨(dú)特演化黑洞等的重要場所。當(dāng)各種類型的天體如巨星、白矮星、中子星和黑洞等是密近雙星的成員時，可為研究這些類型的天體提供有利條件。另外，當(dāng)聚星、星團(tuán)和河外星系等中出現(xiàn)密近雙星和變星時，可以把它們的起源和這些天體系統(tǒng)的形成等研究結(jié)合起來。因此，雙星與變星是天體物理中最具科學(xué)潛力和智力挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域之一。主要研究內(nèi)容如下：以雙星和變星為探針?biāo)褜ず脱芯开?dú)特演化的中子星和宇宙中潛伏的黑洞；重要演化階段上晚型潮汐磁鎖定雙星的觀測研究；激變雙星和X射線雙星等爆發(fā)天體的觀測和研究。雙星環(huán)境下褐矮星和系外行星的系統(tǒng)搜尋；聚星、星團(tuán)和河外星系中的密近雙星和脈動變星的觀測研究；大質(zhì)量雙星的觀測與系統(tǒng)研究；Ia型超新星和γ射線暴前身星的搜尋等。

【太陽研究領(lǐng)域】

太陽是離地球最近并且對人類最重要的一顆恒星，直接影響著現(xiàn)代人類的宜居生存環(huán)境。以磁場活動為特征的太陽爆發(fā)會引起地球空間環(huán)境的重大變化。日冕物質(zhì)拋射形成的高密度、高速度的等離子體流及其形成的激波到達(dá)地球附近后，可引起地球磁層、電離層以及地磁場的激烈變化，形成災(zāi)害性空間天氣，對日益依賴于衛(wèi)星通訊、空間觀測和石油電力輸運(yùn)的現(xiàn)代化社會產(chǎn)生危害性的影響。太陽也是唯一能讓我們直接觀測到磁結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的恒星。對太陽活動規(guī)律和機(jī)制的研究結(jié)果和研究方法也可以推廣到其它天體磁活動現(xiàn)象的研究中, 對這些領(lǐng)域中的研究具有重要的指導(dǎo)意義。因此，開展對太陽物理的研究，不但對科學(xué)研究，而且對社會、國防和國民經(jīng)濟(jì)都具有非常重要的意義。

云南天文臺太陽物理研究內(nèi)容包括：太陽磁活動及爆發(fā)的觀測研究、日冕磁場測量、太陽活動的磁流體動力學(xué)（MHD）數(shù)值模擬、以及太陽的周期性變化。太陽活動和爆發(fā)起源于太陽磁場的變化和日冕磁場結(jié)構(gòu)失去平衡，是太陽大氣中磁場與磁場、磁場與等離子體之間相互作用的結(jié)果和外在表現(xiàn)。其本質(zhì)是磁場能量與其它能量之間的的轉(zhuǎn)換。對太陽活動和爆發(fā)的研究涉及四個方面：爆發(fā)前后磁場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化、能量轉(zhuǎn)換和磁能儲存；磁重聯(lián)的物理本質(zhì)；耀斑和CME 的動力學(xué)過程；CME 及行星際激波的傳播和演化。

對太陽周期性變化的研究主要以統(tǒng)計的方式進(jìn)行。利用統(tǒng)計的方法尋找信號的周期和尋找周期性信號在太陽物理研究領(lǐng)域內(nèi)是一項經(jīng)典的工作，是最受關(guān)注與重視的太陽物理研究工作之一。隨著太陽觀測數(shù)據(jù)的急劇增加和數(shù)學(xué)處理方法與分析手段的不斷進(jìn)步發(fā)展，這一工作變得越來越復(fù)雜與日益重要。作為“等離子體實驗室”與恒星樣本的太陽，研究其活動與變化的周期性有著重要的意義。太陽是日地空間環(huán)境的主宰，有些太陽活動周期在地球上有著明顯的反映，如備受關(guān)注的全球變暖問題就與太陽11年的活動周期關(guān)系密切。

【高能天體研究領(lǐng)域】

高能天體物理是研究發(fā)生在宇宙天體上的高能現(xiàn)象和高能過程的學(xué)科，它所涉及的能量同物體靜止質(zhì)量的能量相當(dāng)，并有高能粒子或高能光子參與。隨著空間技術(shù)和基本粒子探測技術(shù)在天文觀測中的廣泛應(yīng)用，以及高能物理對天體物理的不斷滲透，高能天體物理已成為天文學(xué)的研究前沿之一，云南天文臺有高能天體物理的研究隊伍，開展如下研究，取得重要研究進(jìn)展和成果。

1.脈沖星的研究

脈沖星與類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機(jī)分子，并稱為20世紀(jì)60年代天文學(xué)“四大發(fā)現(xiàn)”。一般認(rèn)為，脈沖星是快速旋轉(zhuǎn)的具有強(qiáng)磁場的中子星。在磁場中運(yùn)動的荷電粒子產(chǎn)生同步-曲率輻射，形成一個與中子星一起轉(zhuǎn)動的輻射波束。當(dāng)這一波束掃過地球時，我們就可以觀測到一個脈沖信號，這稱為“燈塔”效應(yīng)。

目前已觀測發(fā)現(xiàn)了約3000顆脈沖星，其中大部分是孤立的，僅有200多顆存在于雙星系統(tǒng)中。根據(jù)輻射能段的不同，脈沖星可分為射電脈沖星、X射線脈沖星和γ射線脈沖星等。目前在軌的Fermi伽瑪射線望遠(yuǎn)鏡已探測到了250多顆伽瑪脈沖星，其中首次確立了毫秒脈沖星是強(qiáng)伽瑪輻射源，對脈沖星輻射理論模型提供了強(qiáng)有力的約束和限制。中國的500米FAST射電望遠(yuǎn)鏡是目前世界上最大最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，目前已發(fā)現(xiàn)了幾百顆全新的脈沖星。脈沖星也是在建和未來大型觀測設(shè)備（如LHAASO和CTA）的主要觀測對象，有望探測到一批在甚高能波段具有脈沖輻射的脈沖星。

脈沖星的發(fā)現(xiàn)證實了對中子星的預(yù)言，在認(rèn)知中子星產(chǎn)生的主要機(jī)制、尋找太陽系外行星系統(tǒng)、研究星際介質(zhì)、“脈沖星”鐘等方面都有重要的應(yīng)用。脈沖星具有超強(qiáng)的磁場和引力場，被當(dāng)作天然的極端物理條件實驗室，可以為核物理、粒子物理、等離子體物理、量子物理、廣義相對論和引力波等的研究和檢驗提供獨(dú)特場所。此外，脈沖星也極可能與宇宙中最奇異和劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象，如伽瑪射線暴（GRB）和快速射電暴（FRB）都有關(guān)系。因此，脈沖星的理論和觀測研究對推動天文和物理學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展都有著極其重要的意義。

2.超新星遺跡的研究

超新星遺跡，是大質(zhì)量恒星塌縮，發(fā)生災(zāi)難性爆炸后，原來恒星的包層物質(zhì)被拋射到星際空間而形成。通過對這些天體的大量觀測，我們能夠了解超新星、前身星、以及前身星的包層的特征。根據(jù)超新星爆炸后的輻射形態(tài)，超新星遺跡一般分為兩類：第一類最重要，其射電、光學(xué)、X-射線和伽瑪射線輻射起源于擴(kuò)展殼層，即稱為殼型超新星遺跡（shell-like）。另一類是實心型或Crab-like型超新星遺跡，主要特征是遺跡中心最亮和中心存在致密天體（年輕的脈沖星）。超新星遺跡的動力學(xué)模擬和觀測到的輻射形態(tài)多樣性，揭示了超新星遺跡演化過程中發(fā)生豐富的宏觀和微觀物理過程，例如超新星的形成、前身星風(fēng)的特征、星際介質(zhì)的分布、星際磁場的結(jié)構(gòu)、核的合成以及粒子的加速機(jī)制等。

根據(jù)超新星遺跡的射電和伽瑪射線的觀測特征，普遍認(rèn)為超新星遺跡是膝區(qū)銀河系宇宙線粒子的重要加速區(qū)域，由于超新星遺跡演化過程中產(chǎn)生的強(qiáng)激波，暗示擴(kuò)散激波加速（DSA）過程是超新星遺跡加速粒子的主要過程之一。隨著對超新星遺跡的X射線和高能伽瑪射線的精細(xì)的觀測和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)了超新星遺跡的復(fù)雜的輻射形態(tài)和精細(xì)結(jié)構(gòu)，為我們進(jìn)一步開展超新星遺跡的動力學(xué)演化和粒子加速機(jī)制的細(xì)致研究提供了重要的實驗數(shù)據(jù)。

3.X射線雙星的研究

宇宙中大多數(shù)星體是以雙星或者多星系統(tǒng)存在的。X射線雙星（XRB）系統(tǒng)是雙星系統(tǒng)的一個子類，一般是由致密星(中子星或者黑洞) 和非致密星(主序星) 組成。在X射線雙星系統(tǒng)中，致密星通過吸積伴星的物質(zhì)，主要通過輻射X 射線來釋放引力勢能。XRB的輻射主要來自于中心天體、多溫吸積盤、高溫冕中的熱等離子體，以及物質(zhì)拋射和噴流等。由于致密天體附近存在強(qiáng)引力場和強(qiáng)磁場，XRB成為探測廣義相對論效應(yīng)的一個極端物理環(huán)境實驗室。對XRB的研究勢必推進(jìn)吸積盤，噴流等理論的發(fā)展，也是發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律的重要途徑。因此，一系列空間天文衛(wèi)星都將XRB作為主要觀測目標(biāo)源。我國近期發(fā)射的慧眼（HXMT）衛(wèi)星的一個核心科學(xué)目標(biāo)就是研究XRB。

在觀測上，根據(jù)爆發(fā)源的亮度、能譜形狀和時變性質(zhì)，XRB的爆發(fā)隨著流量的增加一般會經(jīng)歷寧靜態(tài)、低/硬態(tài)、轉(zhuǎn)換態(tài)、高/軟態(tài)，然后隨著流量的降低再經(jīng)過轉(zhuǎn)換態(tài)，低/硬態(tài)，最后重新回到寧靜態(tài)。雖然大部分的XRB的爆發(fā)現(xiàn)象都可以通過致密星周圍劇烈的吸積過程來解釋，但是還有好多物理問題至今尚無定論。

準(zhǔn)周期震蕩(QPO)是天體的輻射流量隨時間做準(zhǔn)周期變化的一種觀測現(xiàn)象。XRB當(dāng)中存在豐富的QPO觀測現(xiàn)象。在豐富的QPO現(xiàn)象中，最引人注目的是在NS-XRB中發(fā)現(xiàn)了千赫茲準(zhǔn)周期震蕩(kHz QPO)。這種高頻準(zhǔn)周期震蕩(HFQPO)現(xiàn)象很可能是探索強(qiáng)引力場和驗證廣義相對論的探針。目前對kHz QPO產(chǎn)生的物理機(jī)制還沒有定論。

在中子星LMXB系統(tǒng)中，吸積到中子星表面物質(zhì)（氫和氦）的不穩(wěn)定燃燒而產(chǎn)生的爆發(fā)，稱之為I型X射線暴或I型暴。I型暴是研究致密天體物理的重要探針，首先，I型暴的出現(xiàn)可以確定致密天體為中子星；其次，通過I型暴可以研究中子星物理。

逐漸興起的引力波天文學(xué)也為X射線雙星的研究打開了一扇新的大門。在新的引力波觀測中探測到了大質(zhì)量的恒星級黑洞和大質(zhì)量中子星候選體，對現(xiàn)有的恒星演化理論和致密星的狀態(tài)方程認(rèn)知都提出了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)。引力波觀測極有可能幫助我們發(fā)現(xiàn)在理論上已經(jīng)預(yù)言存在，而在電磁波段很難觀測到的中子星-黑洞雙星系統(tǒng)。

4.伽瑪射線暴的研究

伽瑪射線暴是宇宙中爆發(fā)最為劇烈的天體。伽瑪射線暴的研究是當(dāng)前天體物理研究的前沿和熱點問題。伽瑪射線暴在數(shù)秒至數(shù)百秒的時間之內(nèi)釋放出巨大的伽瑪射線能量，伽瑪射線暴的中心引擎和輻射機(jī)制是當(dāng)前的未解之謎。伽瑪射線暴的輻射不僅包括伽瑪波段，還包括射電波段、光學(xué)波段、X射線波段和甚高能波段，伽瑪射線暴的多波段觀測和理論研究是這一研究領(lǐng)域的重要方向。特別是，甚高能波段的伽瑪射線暴的觀測和理論研究和我國當(dāng)前正在研制的切倫科夫望遠(yuǎn)鏡密切相關(guān)。伽瑪射線暴是宇宙學(xué)距離的天體，伽瑪射線暴的研究和宇宙中不同時期的恒星形成和演化緊密聯(lián)系。近年來，LIGO/VIRGO探測到的引力波事件GW70817的電磁對應(yīng)體正是伽瑪射線暴，引力波電磁對應(yīng)體的多波段觀測和理論研究也是我們重要的研究方向。

5.活動星系核及宿主星系的研究

活動星系核是宇宙中一類明亮的天體，可以在百萬年的時間上，相對穩(wěn)定地輸出巨大能量，其亮度遠(yuǎn)超過了整個銀河系的亮度。活動星系核中心有超大質(zhì)量黑洞、吸積盤、寬發(fā)射線區(qū)、窄發(fā)射線區(qū)、塵埃環(huán)等物理結(jié)構(gòu)，中心黑洞質(zhì)量可以達(dá)到106—1010M⊙（M⊙是太陽質(zhì)量），在中心黑洞的引力作用下，氣體、塵埃等旋轉(zhuǎn)著往黑洞下落，這些下落物質(zhì)的角速度在不同半徑處有差異，產(chǎn)生了摩擦，從而將引力勢能轉(zhuǎn)換成氣體內(nèi)能，并產(chǎn)生了一個盤狀的結(jié)構(gòu)-吸積盤，吸積盤的高溫氣體產(chǎn)生了可觀測的熱輻射。黑洞是看不到的，只能通過觀測其吸積盤輻射，間接地研究黑洞。2019年4月，我們采用事件視界望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合觀測研究得到人類首張超大質(zhì)量黑洞照片。超大質(zhì)量黑洞的觀測和理論研究也是我們開展高能天體物理研究的重要內(nèi)容。

活動星系核中心可能存在超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)，通常認(rèn)為是兩個活動星系核帶著各自的中心黑洞，通過宿主星系并合，最終形成一個活動星系核，兩個黑洞形成一個相互繞轉(zhuǎn)的雙黑洞系統(tǒng)，這個雙黑洞系統(tǒng)能夠產(chǎn)生一些奇特的觀測現(xiàn)象，如周期性光變，觀測與理論預(yù)言相符。

可以通過氣體運(yùn)動學(xué)、恒星運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)等方法測量近鄰星系中的黑洞質(zhì)量MBH。目前，反響映射法是測量MBH的常用方法。反響映射法給出的寬發(fā)射線半徑與望遠(yuǎn)鏡干涉觀測到的半徑結(jié)合，可以用來研究宇宙學(xué)模型及其參數(shù)。

對于近鄰星系，黑洞質(zhì)量MBH與宿主星系的核球恒星速度彌散σ*之間有相關(guān)關(guān)系，它反映了宿主星系與中心黑洞的協(xié)同演化。這種協(xié)同演化是天體物理研究的前沿與熱點。

活動星系核中有一個特殊子類-耀變體(blazar)，這類源有噴流，尺度可達(dá)到百萬光年，從射電到伽瑪射線都有很強(qiáng)的輻射，認(rèn)為是噴流中的相對論粒子的非熱輻射，有的噴流還觀測到了視超光速現(xiàn)象。噴流與中心黑洞密切相關(guān)，是研究黑洞物理的一個重要途徑。

6.活動星系核與伽瑪射線天文的研究

活動星系核是最主要的河外伽瑪射線源。目前，F(xiàn)ermi望遠(yuǎn)鏡探測到了數(shù)千個GeV伽瑪射線活動星系核，地面的大氣成像切倫科夫望遠(yuǎn)鏡探測到了大約80個TeV伽瑪射線活動星系核。活動星系核也是在建和未來大型探測設(shè)備（如LHAASO和CTA）的主要觀測對象。活動星系核的伽瑪射線是研究噴相對論流物理和超大質(zhì)量黑洞-噴流系統(tǒng)的重要信息。此外，活動星系核的伽瑪射線輻射也可用來開展宇宙學(xué)參數(shù)（如哈勃常數(shù)）的限制、星系際磁場的限制和新物理的探索等。

宇宙學(xué)參數(shù)的限制：活動星系核的伽瑪射線光子在傳播過程與紅外-紫外背景光（EBL）相互作用（滿足閾值）從而被吸收，這個吸收效應(yīng)會在伽瑪射線譜上留下痕跡，并且它與源的距離有關(guān)，距離越遠(yuǎn)吸收越明顯。而源的距離又與宇宙學(xué)參數(shù)相關(guān)，即該吸收效應(yīng)與宇宙學(xué)參數(shù)關(guān)聯(lián)。通過GeV-TeV的觀測可以很好得確定活動星系核伽瑪射線譜中EBL的吸收效應(yīng)，從而對宇宙學(xué)參數(shù)的進(jìn)行限制。這提供了一個獨(dú)立測量宇宙學(xué)參數(shù)的方法，有助與解決“哈勃常數(shù)危機(jī)”。

星系際磁場的限制：活動星系核的TeV輻射在傳播過程中與EBL作用會產(chǎn)生高能正負(fù)電子對，它們通過逆康普頓散射宇宙微波背景光子產(chǎn)生GeV輻射。星系際磁場會偏轉(zhuǎn)這些電子對，從而調(diào)制次級GeV輻射。因此，利用Fermi望遠(yuǎn)鏡的觀測可以限制星系際磁場。

新物理的探索：洛倫茲不變是現(xiàn)代物理的基礎(chǔ)之一，是量子場論中的基本對稱性，但是在一些量子引力理論中，洛倫茲不變在普朗克能級尺度上可能被打破。洛倫茲不變破缺可以改變光子-光子相互作用的閾值，從而改變活動星系核伽瑪射線輻射的不透明性，這使我們可以在活動星系核的伽瑪射線能譜中尋找洛倫茲不變破缺的線索。

【系外行星領(lǐng)域】

中國科學(xué)院云南天文臺在太陽系外行星領(lǐng)域的研究包括巡天探測、凌食中間時刻變化（TTV）和凌食持續(xù)時間變化（TDV）分析、透射光譜、主星和行星的磁場相互作用、行星大氣等課題。通過與香港天文學(xué)會合作，我們在云南天文臺麗江觀測站建設(shè)了45cm云南-香港寬視場巡天望遠(yuǎn)鏡。該設(shè)備從2016年開始正式運(yùn)行以搜尋新的凌食系外行星系統(tǒng)，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了10多顆凌食系外行星候選體以及200多顆其它類型的變源。通過與韓國天文學(xué)與空間科學(xué)研究所（KASI）合作，利用麗江觀測站2.4米望遠(yuǎn)鏡附加高色散光纖攝譜儀和韓國BOAO1.8米望遠(yuǎn)鏡附加BOES攝譜儀開展了系外行星的精確視向速度搜尋工作，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)若干顆系外行星候選源。利用TTV和TDV技術(shù)分析空間望遠(yuǎn)鏡Kepler和TESS的數(shù)據(jù)以及地面望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)了4顆系外行星。目前，正在利用高、中、低色散的光譜觀測手段研究主星和行星的磁場相互作用以及系外行星的大氣性質(zhì)，使用和計劃申請使用的望遠(yuǎn)鏡包括麗江觀測站2.4米望遠(yuǎn)鏡、國家天文臺興隆基地2.16米望遠(yuǎn)鏡、BOAO1.8米望遠(yuǎn)鏡、CAHA3.5米望遠(yuǎn)鏡、CFHT3.6米望遠(yuǎn)鏡、中國的2米空間望遠(yuǎn)鏡CSST等。已經(jīng)與英國、法國、德國、韓國、芬蘭等國的相關(guān)研究團(tuán)隊建立了穩(wěn)定的合作伙伴關(guān)系。

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