多温度成份星系尺度气体外流的系统研究

Feedback from star formation and black hole activity is a key issue in understanding galaxy evolution, also one of the hot topics in astronomy over the last decade. A proper understanding of galaxy evolution requires us to confront details of physical progresses involved in feedback, including chemical recycling, the transfer of mass, energy, angular momentum in the interstellar and intergalactic media (ISM, IGM) and so on. Through the analysis of ISM metal absorption lines in galaxy spectra, we will study the multi-phase outflows, including (1) based on high-resolution UV spectra from HST COS, studying the properties (velocity, optical depth of the absorption material, covering factor, line width, absorption strength) of multi-phase galactic outflows and their dependence on the parameters (stellar mass, star formation rate, surface density of star formation rate et al.) of host galaxies; (2) based on IFU optical spectra of a large sample from SDSS-IV MaNGA, studying how the properties of cold gas in the outflows change with radius; (3) combining observations with theoretics to establish the dynamic model of outflows. Through a comprehensive study of the multi-phase outflows , this study can provide observational basis for how to add feedback into numerical simulations and semi-analytical models. Meanwhile, connecting the observations with theoritical models, we will have a better understanding of the physical details of feedback process.

恒星形成及黑洞活动的反馈是理解星系演化的关键问题，也是近十多年来天文研究的热点方向之一。要很好的理解星系的演化，必须充分认识反馈过程的物理细节，包括恒星际、星系际介质中质量、能量、角动量的转移，化学元素的循环等等。本项目计划通过分析星系光谱中恒星际的金属吸收线研究多相气体外流：（1）基于HST COS高分辨率紫外光谱数据研究不同温度成份气体外流的性质（速度，吸收物质的光深，覆盖因子，线宽，吸收强度）及其对星系基本物理参数（包括恒星质量，恒星形成率，恒星形成率面密度等）的依赖关系；（2）基于SDSS-IV MaNGA的大样本IFU光学光谱数据，研究冷气体外流的性质随星系半径的变化；（3）并将观测与理论结合，建立外流的动力学模型。通过对外流气体不同温度成份的全面理解，为数值模拟或半解析模型中反馈的引入提供观测依据，促进数值模拟、半解析模型的发展，同时结合理论模型，更好地理解反馈过程的物理细节

本项目以星系尺度的多相气体外流为研究对象，主要研究气体外流的性质，驱动机制，及其在星系中恒星形成和演化过程中的作用。 通过四年的时间，我们系统的研究了恒星形成星系以及活动星系核寄主星系中观测到的双锥形外流结构的形成机制以及驱动因素，首次指出恒星形成星系中外流的形成不仅与恒星形成率面密度相关，还受金属丰度的影响。在对活动星系核寄主星系外流研究的过程中，我们发现了一个动力学极其异常的星系，该天体不仅具有极强的黑洞活动驱动的双锥形外流，同时其气体和恒星成分存在反转现象，并且即便同是电离气体成分，其氧元素产生的发射线所指示的运动学速度与氢等元素也不一致，关于这个源的进一步更细致的多波段研究，将有利于我们充分理解星系这一复杂系统：从其外部吸积气体，形成恒星，触发黑洞活动，进一步驱动气体外流并伴随外流和内流相互作用产生激波等的过程。研究外流的最终目的，是为了理解该反馈形式对星系演化的影响，我们以后星暴星系为实验室，研究了这类星系中恒星和黑洞活动的反馈在抑制／停止星暴的过程中所起的作用，指出黑洞活动不是后星暴特征形成的必要因素。在外流的研究过程中，我们意外发现了气体和恒星旋转方向不一致的星系，首次建立了一个反转的蓝星系样本，并发现不同于一般的星系，这类气体和恒星反转的蓝星系，其中心区域较其外围具有更年轻的星族成分和更高的恒星形成率。由此我们提出了蓝星系中心增长的新机制——进入蓝星系的反转气体与星系原有气体相互作用导致中心区域新恒星的诞生。考虑到在更高红移处，气体的吸积更加频繁，因此这一过程极有可能是更高红移（z~1-2）处星系中心区域增长的一种新方式。四年间，共发表NatCo/ApJ/AJ/MNRAS论文共20篇，其中申请者第一作者的论文7篇 。 培养研究生3名。