不同层次天体的质光比研究进展.PDF

第 卷　第 期 天 文 学 进 展 年 月 不不不同同同层层层次次次天天天体体体的的的质质质光光光比比比研研研究究究进进进展展展 钟泽昊 ，赵 刚 (1. 中国科学院 光学天文重点实验室，国家天文台，北京 100012； 2. 中国科学院大学 天文与空间科学学院， 北京 100049) 摘要：利用天体的质光比和测光信息可以得到不同层次天体的质量信息，利用恒星的质光关系可 以计算单星的质量。星团和星系的表面亮度分布反映其质量分布，因此可以通过研究质光比来了 解星团和星系的动力学演化。由于星系中存在大量暗物质，因此，星系的质光比普遍比星团的大。 星系团的质光比普遍比星系的更大，说明星系团中暗物质的比例更高。介绍了恒星、星团、星系、 星系群和星系团等不同层次天体的质光比测量方法及其研究进展，并简单阐述这一领域未来的研 究方向。 关 键 词：质光关系；质光比；星团；星系群；星系团 中中中图图图分分分类类类号号号：：： 文文文献献献标标标识识识码码码：：： 引 言 测光和分光是两种最常见的天文观测方法。用测光法可以直接得到目标天体的光度信息； 用分光法可以得到天体的能量强度随波长或频率的变化、温度和金属丰度等物理信息。谱线 的宽度以及谱线的多普勒频移又包含了速度信息，可以分别用来测量气体的速度弥散和恒星 的视向运动速度，后者反映星团、星系的速度弥散，可以用来推算星团和星系的质量。因此 通过测光和分光观测可以得到天体的光度和质量，从而研究不同层次天体的质光比。 对于不同层次的天体，质光比的研究具有不同的意义。对于恒星来说，一般不讨论单颗 恒星的质光比，而是研究不同质量恒星的质光关系。质光关系最重要的应用，是把恒星的测 光信息转化为质量信息，从而使人们能容易地确定单星的质量。此外，质光关系对于研究更 大层次天体的质光比是必不可少的。结合质光关系可以把恒星的光度函数转化为质量函数， 从而研究星团以及星系中的恒星演化理论，并得到总的恒星质光比。通过动力学的方法可以 得到这些天体的总质量和总质光比。对比总质光比和恒星质光比，就可以得到天体中不发光 收稿日期：2017-09-26 ； 修回日期：2018-01-02 资助项目：国家自然科学基金11233004) 通讯作者：赵刚，gzhao@nao.cas.cn 天天天 文文文 学学学 进进进 展展展 卷卷卷 物质，即暗物质的比重大小。星团中几乎不含暗物质，而星系的总质光比普遍比星团的大很 多，说明星系中含有大量的暗物质。除此以外，星系群及星系团的质光比一般比星系的大很 多，说明在这些天体中，其暗物质的含量比星系更大。研究不同区域的总质光比与恒星质光 比之间的差异，还可以确定暗物质的分布，并研究暗物质带来的动力学效应，及其对恒星的 形成和演化的影响。 第2 章简述恒星质光关系的最新研究进展；第3 章介绍三种星团质光比的测量方法以及 数值模拟与位力质光比的对比；第4 章主要介绍利用旋转曲线测量旋涡星系质光比，以及用 动力学方法测量早型星系质光比；第5 章简述星系群与星系团的质光比的研究进展；第6 章 进行总结和展望。 恒星质光关系 质光关系(mass-luminosity relation, MLR) 反映了恒星质量与光度之间的物理联系，是 研究恒星最重要的手段之一，可以用来研究恒星内部结构，约束恒星演化模型。与中等质量 和大质量恒星相比，小质量恒星较暗，观测误差相对较大。早期受观测精度的限制，小质量 恒星的质光关系难以确认。此外，用于研究质光关系的主要观测对象是双星，因观测到的小 质量双星的数目不多，因此获得小质量恒星质光关系的难度也更大。不过随着观测精度的不 断提高，近些年来越来越多的工作都对小质量恒星质光关系进行了详细的分析，如Henry 和 McCarthy 利用二维红外散斑成像技术研究了太阳附近的双星