发射线气体星云的深度分光观测和三维数值模拟研究及相关原子参数计算

本项目拟继续开展主申请人在杰青基金支持下进行的有重要国际影响和显示度的、围绕发射线气体星云深度分光观测、理论分析和数值模拟的基础前沿研究。内容包括：1）开展基于R矩阵方法的H I和He I碰撞激发截面、氦和重元素离子有效复合系数高精度量子力学计算，发展基于复合线分析的等离子体诊断手段和丰度测量方法；2）开展高精度二维、三维复合线分光观测和高分辨率成像观测；3）开展高性能三维光致电离模型数值模拟；4）通过改进分析方法和基本原子参数开展发射线星系金属丰度及原初氦丰度高精度测量、分析。通过本项目的实施，我们期待建立起一整套基于复合线观测的分析方法，并对导致复合线和碰撞激发线等离子体诊断和丰度测量结果巨大差异这一长期困扰气体星云天体物理学基本问题的富金属掺杂物的物理、化学性质及其天体物理起源，以及星系早期化学演化、大爆炸核合成、宇宙中重子物质含量等一系列天体物理基础前沿问题获得更为深入、完整的认识

经过四年实施，项目实现了预定的科学目标，在气体星云天体物理学基础理论研究、高精度分光观测、等离子体诊断、元素丰度测量及三维光致电离数值模拟，以及发射线星系金属丰度测量、质量-金属丰度关系及星族研究等方面取得重要进展，为星云中存在富金属低温气体成分（即双丰度模型）并导致碰撞激发线/复合线温度和丰度测量结果巨大差异这一气体星云研究中长期悬而未决的问题提供了新的观测和理论佐证。此外，利用SDSS和LAMOST巡天数据发现了一批银河系及仙女座大星云中新的行星状星云；开展了伽玛暴环境及宿主星系、低面亮度星系、不同类型超新星宿主星系的特征比较以及活动星系核窄发射线区电离结构分析与建模等研究。. 项目取得的主要进展和成果包括：.1）计算并发表了N II复合谱高精度有效复合系数，为基于重元素离子复合线的气体星云研究奠定了基础；计算了最新的He I低激发态碰撞激发截面以及O II基态电子组态能级间的禁戒辐射系数。.2）基于最新原子参数，发展了基于N II和O II复合谱的等离子体诊断手段并应用于上百个行星状星云和数十个电离氢区。分析结果与Liu等提出的双丰度星云模型的预言一致。.3）结合最新原子参数，对数个呈现高“碰撞激发线／复合线温度和丰度测量差异”的行星状星云高质量光谱做了细致分析，获得并分析了至今最为完备的包括重元素离子复合线的发射线表，为星云深度分光观测、谱线认证、物理条件分析和化学丰度测量提供了基础性的数据。.4）首次在国际上对一个呈现高“碰撞激发线/复合线温度和丰度差异”的行星状星云NGC6153构建了自恰的、包含低温富金属气体成分的双丰度三维光致电离模型，证明只需掺杂占整个星云电离气体质量1.3%、约3个木星质量的富金属气体，即可解释该天体中观测到的碰撞激发线/复合线丰度测量结果间约十倍的差异。.5）利用SDSS资料对大样本低面亮度星系的特征做了系列研究，包括颜色、星等、金属丰度、质量-金属丰度关系、星族、年龄及环境等，并与高面亮度星系进行了比较，结果对理解低面亮度星系的演化及特征具有重要意义。.6）对估计星系金属丰度的强线方法及电子温度方法做了进一步的比较，并在较宽的质量范围内拟合得到了新的星系质量-金属丰度关系。. 项目执行期间发表相关SCI论文26篇。参加国际学术会议10人次。培养硕士研究生4名、博士研究生6名。