星系恒星形成熄灭机制的观测研究

Galaxies can be categorized into two distinct populations: star-forming galaxies and quiescent galaxies. It is belived that quiescent galaxies are formed from star-forming ones via the so-called star formation quenching process. Which physical mechanism drives star formation quenching and leads to the transformation? This is one of the key questions in the domain of galaxy formation and evolution. In this project, we propose to carry out a systematic study on this topic based on a large sample of low-redshift galaxies. On the one hand, by carefully classifying the sample galaxies according to their evolutionary stages, we will trace how structural parameters (such as the effective radius and the 1 kpc central stellar mass density) and 2-dimensional star formation properties of galaxies vary across these stages. On the other hand, we will study the scaling relations between the HI/optical size ratio and other physical properties of galaxies, to explore which physical process is the main driver that regulating the cold gas accretion on to galaxies. Our research will provide better understandings on the physical picture of star formation quenching, as well as more observational constraints on models of galaxy formation and evolution.

宇宙中的星系可以分为两大类，即恒星形成星系和宁静星系。一般认为，恒星形成星系通过恒星形成熄灭过程(quenching)，转化为宁静星系。何种物理机制导致这种转化，是星系形成与演化领域的一个关键问题。本项目拟利用低红移星系大样本观测数据，对该课题开展系统研究。一方面，对处于不同演化阶段的星系进行更详细分类，研究星系结构参数（如有效半径、中心1kpc质量面密度等）及二维恒星形成分布特性在经历这些阶段时的变化规律；另一方面，基于ALFALFA中性氢谱线巡天提供的大样本，研究星系中性氢/光学尺寸比与其他物理性质的标度关系，寻找与星系冷气体吸积能力相关的主要物理过程。研究成果将有助于理解quenching过程的完整图像及其背后的物理机制，也为星系形成模型提供更多可靠观测限制。

恒星形成星系因何熄灭其恒星形成活动而转化为宁静星系 ，是星系演化研究领域的关键问题。本项目围绕星系恒星形成熄灭机制开展研究，具体内容包括：利用近邻星系光学和气体观测数据，研究星系物理性质与结构的相关性，发现在相同质量时，致密星系有更低的气体含量和更高的金属丰度，说明星系恒星形成熄灭过程伴随着气体损耗，核球增长以及金属增丰。利用恒星形成主序和气体含量标度关系，研究了大质量恒星形成星系气体内流率和外流率随时间的演化，发现在红移z=1.3时，星系的气体吸积率比恒星形成率高出50%左右。随后气体吸积率快速下降，到红移z=0.5时已经和恒星形成率持平。研究结果支持气体吸积率的快速下降，是导致大质量星系恒星形成熄灭的重要因素。利用恒星质量函数和气体标度关系，研究星系重子质量函数随时间的演化，发现在红移z=2时，大质量星系的重子物质增长就已经停止了，说明这些星系的气体净吸积率在早期宇宙就已经停止，后续的演化只是在消耗之前吸积进来的气体。在本项目资助下，正式发表SCI论文7篇，培养研究生2名。