近邻星系在太赫兹／亚毫米波段的多谱线观测研究

Nearby galaxies enable us to sample a wide range of galactic parameters, as well as to obtain observational results with high spatial resolution and sensitivity. Thus studies on the properties of interstellar medium (ISM) in nearby galaxies play a very important role in our understanding of star formation and galaxy formation and evolution. Using multiple lines in the THz/submm range, which were observed mainly by Herschel, in combination of other spatial and ground data, the proposed project will study the ISM properties for about 300 nearby galaxies (~40 sources having mapping observations with Herschel). (1) Through multiple mid- and high-J CO lines, we will study the typical physical properties of warm molecular gas, as well as their relations to star formation and other galactic properties, for different types of galaxies. (2) The properties of cold molecular gas will be studied by using the two [CI] emissions (370 and 609 micron). (3) We will also investigate the ionized gas properties, and the relations between these properties and other galactic parameters, using the [NII] 122 and 205 micron emissions. (4) Studying other interesting line emissions, such as OI, CII and OIII emissions. The results of our studies are not only important for our understanding of the physical properties of ISM, but also can be used as benchmarks for the studies on high redshift galaxies using ALMA, and provide some research experiences for our future antarctic THz telescope.

近邻星系具有大范围的物理参数空间，并且可以获得高分辨率和高灵敏度观测结果，研究它们中的星际介质(ISM)的性质对理解恒星形成、星系形成和演化具有很重要的作用. 本项目主要利用Herschel空间望远镜在太赫兹/亚毫米波段的光谱数据，结合其它空间及地面设备的数据，对近邻约300个星系进行多种谱线研究. (1)通过多条中高阶CO谱线来研究不同类型星系中暖分子气体的典型物理性质及其与恒星形成和星系其它物理性之间的关系. (2)利用CI两条跃迁来研究冷分子气体的物理性质. (3)通过NII 205 微米发射来研究电离气体气体的性质，及其与星系其它物理参数之间的关联. (4)研究其它原/离子(如OI、CII、OIII)谱线的发射性质. 本项目的研究结果不但对理解ISM的物理性质具有重要意义，还能够为ALMA对高红移星系的研究提供参考，并为将来南极天文台太赫兹望远镜提供部分研究经验.

（亚）毫米波段包含大量已可探测的谱线发射——它们是星际介质的重要冷却剂。对星系中的这些谱线进行观测研究，对理解星际介质的物理性质、恒星形成以及星系的形成和演化具有重要的作用。本项目主要利用地面和空间（亚）毫米波望远镜如ALMA、Herschel等的谱线数据，同时结合其它多波段测光数据，研究了星系中CO、[NII]、[CI]、［CII］等谱线发射性质。主要成果有（1）利用星系整体和空间分解的[CI]发射，通过探索［CI］和CO(1-0)之间的相关性，我们首次从观测上证明了［CI］发射线也可以用来示踪星系中总分子气体质量——这对于测量高红移星系中的分子气体质量具有非常重要的作用，因为目前地面设备已无法探测它们的CO(1-0)发射；（2）利用ALMA高空间分辨率（几十pc）的CO(6-5)和尘埃连续谱发射，我们发现这两者之间的强度比在空间上有明显的变化，而且跟星暴的年龄相关，说明气体和尘埃主要加热机制可能有所不同；（3）利用ALMA数据，通过研究红移约为4.8的星系，证明了我们以前提出的、基于CO(7-6)、[NII] 205微米、[CI] 370微米以及[CII] 158微米等谱线比值来推测星系恒星形成性质的方法可以利用在高红移星系中。我们的研究结果对于研究高红移星系中的星际介质物理性质、恒星形成活动及这两者之间的关系具有重要的意义。