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2022年1月17日

國際天文團隊公布迄今最大型星系三維光譜數據

2022年1月17日
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MaNGA樣本中漩渦星系(M51)的圖像,由一千個星系的圖像拼接而成,佔MaNGA樣本總數10%。
相片來源:Karen Masters and the SDSS collaboration

MaNGA採用的六邊型陣列光纖束儀器。相片來源:SDSS

上圖為「資料方塊」槪念圖。 MaNGA測量每一個星系區域所得的數據,會以一維光譜表達;將同一星系所有區域的一維光譜結合,便會組成一個代表整個星系光譜數據的三維「資料方塊」。 相片來源:Stephen Todd (ROE) and Douglas Pierce-Price (JAC)

MaStar 收集到24,000顆恆星的光譜數據,當中近 12,000顆恆星的數據組成 Hertzsprung-Russell 圖。圖中每個小圓圈代表一顆恆星,並顯示其與太陽(圖中紅點)比較的相對光度、相對重元素含量,以及恆星表面溫度和表面引力。 相片來源:嚴教授及SDSS團隊

嚴教授的簡介及背景可瀏覽:http://www.phy.cuhk.edu.hk/people/teaching/rbyan.html 

由數百名國際頂尖科學家組成的「斯隆數字巡天」(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)研究團隊經過六年研究,近日公布一萬個宇宙星系的完整三維星系光譜數據庫,是迄今最大規模星系光譜測量。香港中文大學(中大)物理系的研究團隊,是SDSS內香港唯一代表,負責收集銀河系不同類型恆星的光譜,建立數據庫為觀測星系提供參數比照等重要角色,助重建不同星系的恆星形成歷史,以了解宇宙起源及發展。

在人類身處的銀河系以外,宇宙存在數以億計不同的星系,它們是由大量恆星(例如太陽)、星際氣體和暗物質等組成的龐大系統,亦是恆星誕生、演化和死亡的地方。為了解星系及恆星的發展和演化歷史,在過去數十年,天文學家開展了不同的普查項目,拍攝它們的影像、偵測光譜和研究不同星系之間的相似及不同之處。其中SDSS在2014年啟動「阿帕奇點天文台近鄰星系測繪專案」(MaNGA),利用嶄新的光纖束儀器,繪製近鄰星系的詳細光譜地圖。

中大物理系副教授嚴人斌教授是MaNGA的項目科學家,負責制定科學目標,管理測量運作,並帶領中大團隊分析星系光譜數據;嚴教授亦出任「MaNGA恆星光譜庫」(MaStar)項目的首席科學家,他表示:「分析星系光譜好像聽交響樂。我們同時聽到整支樂隊的音樂,但只要知道所有樂器各自的音域或特色,就可以理解其組成。MaStar團隊的工作就是囊括銀河系各種不同類型的恆星光譜,再透過運算分析,得知星系光譜所對應的恆星類型以及數量等,藉此重建每個MaNGA星系的恆星形成歷史。」

嶄新光纖束儀器 繪製上萬個星系光譜

MaNGA採用的六邊型陣列光纖束儀器。
相片來源:SDSS

MaNGA採用由多個排成六邊型陣列的光纖束儀器,可同時對準17個目標星系,測量效率較其他望遠鏡的同類儀器高出近20倍。透過新技術,團隊能夠在每個星系測量數十到數百個不同區域的光譜,每條光譜包含不同波長的光(各種顏色的可見光和近紅外光)的強弱變化,最後組成一個星系的完整光譜訊息「資料方塊」。

上圖為「資料方塊」槪念圖。 MaNGA測量每一個星系區域所得的數據,會以一維光譜表達;將同一星系所有區域的一維光譜結合,便會組成一個代表整個星系光譜數據的三維「資料方塊」。 相片來源:Stephen Todd (ROE) and Douglas Pierce-Price (JAC)

在MaNGA開始之初,研究團隊急切解決缺乏參考數據問題。當時可參考的恆星光譜庫,不但波長覆蓋範圍窄,而且光譜類型有限。因此,SDSS開展名為「MaNGA恆星光譜庫」(MaStar)項目,收集銀河系中2萬4千顆恆星光譜數據,作為銀河系以外星系的觀測參數比照。MaStar是至今最大型、數據最齊全的銀河系恆星光譜庫,對了解其他星系中恆星的年齡、運動、化學成分和質量等有重要參考成用,並可用於繪製星際電離氣體地圖,以估算每個星系中的每個位置有多少新生恆星正在形成。

MaStar 收集到24,000顆恆星的光譜數據,當中近 12,000顆恆星的數據組成 Hertzsprung-Russell 圖。圖中每個小圓圈代表一顆恆星,並顯示其與太陽(圖中紅點)比較的相對光度、相對重元素含量,以及恆星表面溫度和表面引力。 相片來源:嚴教授及SDSS團隊

嚴教授相信,MaNGA及MaStar項目及其嶄新研發的技術,有助推動日後的天文探索及研究。SDSS團隊和中大的團隊下一步將擴展新型光纖束技術的發展,構建更大的光纖束,集中研究銀河系及鄰近星系的星際氣體和新恆星,提高觀測星系的空間解析度。計劃將包括第五代SDSS(SDSS-V)The Local Volume Mapper(LVM)以及中大AMASE(Affordable Multiple Aperture Spectroscopy Explorer)項目(由嚴教授領導),希望將資料結合MaNGA已有的星系樣本,深入了解星際氣體和恆星共存及相互影響。

MaNGA及MaStar的所有數據已經上載到網站:

MaNGA:https://www.sdss.org/surveys/manga/

MaStar:https://www.sdss.org/surveys/mastar/

嚴教授的簡介及背景可瀏覽:http://www.phy.cuhk.edu.hk/people/teaching/rbyan.html 



MaNGA樣本中漩渦星系(M51)的圖像,由一千個星系的圖像拼接而成,佔MaNGA樣本總數10%。<br />
相片來源:Karen Masters and the SDSS collaboration

MaNGA樣本中漩渦星系(M51)的圖像,由一千個星系的圖像拼接而成,佔MaNGA樣本總數10%。
相片來源:Karen Masters and the SDSS collaboration

 

MaNGA採用的六邊型陣列光纖束儀器。相片來源:SDSS

MaNGA採用的六邊型陣列光纖束儀器。相片來源:SDSS

 

上圖為「資料方塊」槪念圖。 MaNGA測量每一個星系區域所得的數據,會以一維光譜表達;將同一星系所有區域的一維光譜結合,便會組成一個代表整個星系光譜數據的三維「資料方塊」。 相片來源:Stephen Todd (ROE) and Douglas Pierce-Price (JAC)

上圖為「資料方塊」槪念圖。 MaNGA測量每一個星系區域所得的數據,會以一維光譜表達;將同一星系所有區域的一維光譜結合,便會組成一個代表整個星系光譜數據的三維「資料方塊」。 相片來源:Stephen Todd (ROE) and Douglas Pierce-Price (JAC)

 

MaStar 收集到24,000顆恆星的光譜數據,當中近 12,000顆恆星的數據組成 Hertzsprung-Russell 圖。圖中每個小圓圈代表一顆恆星,並顯示其與太陽(圖中紅點)比較的相對光度、相對重元素含量,以及恆星表面溫度和表面引力。 相片來源:嚴教授及SDSS團隊

MaStar 收集到24,000顆恆星的光譜數據,當中近 12,000顆恆星的數據組成 Hertzsprung-Russell 圖。圖中每個小圓圈代表一顆恆星,並顯示其與太陽(圖中紅點)比較的相對光度、相對重元素含量,以及恆星表面溫度和表面引力。 相片來源:嚴教授及SDSS團隊

 

嚴教授的簡介及背景可瀏覽:http://www.phy.cuhk.edu.hk/people/teaching/rbyan.html 

嚴教授的簡介及背景可瀏覽:http://www.phy.cuhk.edu.hk/people/teaching/rbyan.html 

 

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