星系中冷气体、尘埃与恒星成分的相关性研究

Galaxies are mainly composed of three components: gas, dust and stars. It is necessary to understand the correlations between these three components before one attempts to understand how galaxies are formed. For this purpose we propose to make use of multi-wavelength observations including ultra-violet, optical, far-infrared and radio data. We will study the HI gas properties using samples from the most recent HI survey ALFALFA and GASS, the dust properties using infrared surveys SSGSS and HRS, and the properties of the stellar component using UV and optical data from GALEX and SDSS. We plan to perform a systematic study of the statistical correlations among the gas, stellar and dust components in galaxies, understanding the physics behind the various scaling laws. We aim to obtain a best empirical formulae for accurately estimating the cold gas mass and dust mass in galaxies, which we will apply onto large samples of galaxies to measure mass functions of cold gas and dust. These will be compared with predictions from current galaxy formation models. Our research will provide better understanding of the physical relationships between different components in galaxies, as well as more observational constraints on models of galaxy formation and evolution.

星系主要由气体、恒星与尘埃三种成分构成，加深认识这三种成分之间的联系是理解星系形成的必要步骤。本项目将结合紫外、光学、红外、射电等多波段观测数据来认识这三种成分：基于目前最大的中性氢巡天ALFALFA和GASS样本分析中性氢气体性质，基于红外样本SSGSS和HRS分析尘埃性质，基于紫外巡天GALEX和光学巡天SDSS分析恒星成分的性质。通过系统地研究星系中冷气体、恒星与尘埃之间的统计关联，深入认识星系的标度关系的物理意义，获得估计冷气体和尘埃质量的最佳经验公式，应用到SDSS的星系大样本研究星系的空间分布与气体和尘埃含量的依赖关系，并与星系形成的半解析模型进行比较。研究结果不但有助于理解星系各成分之间的物理联系，还可以为星系形成与演化模型提供更多的观测限制。

本项目利用现有的星系多波段数据（紫外，光学，射电等波段），研究改进星系中冷气体含量与星系其它物理性质之间的标度关系。利用相对平均标度关系的偏离与各物理参量的相关性，进一步研究发现星系周围环境对星系气体成分与恒星成分的关联存在影响。计算星系两点相关函数、星系周围伴星系计数、局地物质密度，发现相对标度关系气体富余和气体贫乏的星系，相比气体正常的星系，都位于更致密的环境。气体相对富余的星系随环境的趋势主要有亮中心星系或孤立星系主导，其核球比例也更高；而气体相对贫乏的星系随环境的趋势主要由卫星星系主导。这揭示了在不同环境下星系的气体消耗可能由不同机制主导。同时应用该标度关系研究发现星系的冷气体含量与星系周围的冷气体分布之间存在一致性关系。利用参与隆数字化巡天四期（SDSS-IV）优先获得MaNGA项目的数据的优势，作为联合主研究人积极申请并获得利用JCMT射电望远镜对一个近邻星系样本的冷气体（分子气体）与尘埃观测巡天大项目（JINGLE），为进一步细致研究近邻星系内部恒星形成过程与冷气体及尘埃的相关性准备第一手数据。