天文学与天体物理年鉴2019选读

一.概念

• Palatini formalism gravity: 用作用量形式描述引力理论，含有 f(R)，在暴胀模型中可以最大程度忽略暗能量的不确定。
• AGN: active galactic nucleus活动星系核，有很高的亮度。从活动星系核发出的辐射被认为是因为宿主星系中央的超大质量黑洞物质吸积产生的
• FGK型恒星：
• 白矮星：亮度很低，质量不足的恒星演变的最后阶段，两个白矮星合并可能变为Ia型超新星
• M31：(Messier 31)仙女座星系，仙女座星系以大约每秒300公里的速度靠近太阳，所以它是少数蓝移的星系之一
• 潮汐破坏事件：(Tidal disruption event)(TDE)当星体充分接近一个黑洞，它将被黑洞的引潮力拉开，经历spaghettification。恒星的质量被进入黑洞的吸积盘中，当盘中的物质消耗时，会导致短时间电磁波爆发。
• 色球层：是太阳大气层主要三层中的第二层，厚度大约2,000公里，位于光球层的上方和过渡区的下方。光球有吸收谱线，但是色球的谱线主要是发射谱线。
• 轨道共振: 在天体力学中，不同轨道上星体相互之间有规则的周期性引力时，就会发生轨道共振，这通常是因为它们的轨道周期与小整数的比例有关
• Cosmic Dust：由众多细小粒子组成的一种固态尘埃，自宇宙大爆炸起，便四散在浩瀚宇宙之中。宇宙尘的组成包含硅酸盐、碳等元素以及水分，部分来自彗星、小行星等星体的崩解而产生
• 恒星形成：包括对星际介质（ISM）和巨型分子云（GMC）作为恒星形成过程的前兆的研究，以及对原恒星和年轻恒星物体作为其直接产物的研究
• ΛCDM模型：(lambda cold dark matter) Λ-冷暗物质模型。假设宇宙中有74%左右的能量是暗能量，冷暗物质占22%，剩余的4%的能量构成宇宙中所有的由重子（以及光子等规范玻色子）构成的物质：行星、恒星以及气体云等。
• 暗物质晕：暗物质环绕在星系外围，只能通过引力相互作用观测相关现象，在星系的早期形成中起了重要作用
• 时域天文学：研究天体如何随着时间变化，而这可能是由于天体的运动，也可能是天体本身在改变。
  • 可见光研究包括超新星、焰星、耀变体、和活跃星系核
  • 射电天文学研究有Pulsar (脉冲星)
  • X射线和γ射线研究有伽马射线暴
• 射电望远镜：以无线电接收技术为观测手段。六十年代中的四大天文发现：类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射，都是利用射电天文手段获得的。射电望远镜必需比光学望远镜大上许多，可观测宇宙中一些最极端，最充满活力的物理过程。
• super-Eddington accretion：恒星/黑洞光度球对称情况下有爱丁顿极限，即如果光度足够高，光辐射压力可以平衡重力，阻止继续吸积。然而实际情况：黑洞吸积沿平面而不是球形。这样的情况可能导致超爱丁顿极限积聚。最近的模型表明，这可能比爱丁顿高出一千倍
• primordial black holes: 一种理论黑洞，big bang初期形成，因此和恒星引力坍缩形成黑洞的质量不一样。作为可能的一种暗物质来源解释。

二.分类及综述

1. 恒星光谱精确度与不确定度

   • 高分辨率恒星光谱用于确定恒星化学丰度
   • 高分辨率和信噪比光谱可用于校准低分辨率和信噪比光谱
   • Gaia

2. 恒星内部角动量传输

   • 近30年的现有计算能力，对恒星内部进行2D或3D的磁流体力学模拟
   • 空间星震学在恒星模型中正确处理了角动量传输
   • 高分辨率，信噪比光谱和星震测量可用于确定恒星演化

3. 星团形成和演化

   • 由于Gaia的光谱学调查，我们现在有足够精确的恒星运动学和丰度数据，可将恒星运动学和丰度的现代研究结果与星团的形成和演化结合在一起
   • 星团与星系之间区分由于其定义，涉及聚类分析和图像识别
   • 一个任务目标为确定星团各属性

4. 超微弱矮星

   • UFD (ultra-faint dwarfs) 代表了星系形成过程的极限
   • 对其测量将为冷暗物质预测提供关键测试

5. 超亮超新星

   • SLSNe (superluminous supernovae) 是一种光度比标准的高10倍或更多的超新星，分为hydrogen-poor (SLSNe-I) 和hydrogen-rich (SLSNe-II) 两种，Ⅱ的研究较少
   • SLSNe的光谱分类是一个重要任务
   • SLSNe的能源来源尚不清楚，有多种不同模型解释

6. 光谱线分析探究星系演化

   • 星系光谱的激励产生机制理论建模
   • 恒星群合成/光电离模型研究恒星在H-R图演化轨迹
   • 星系光谱线还可以助力AGN和星际介质 (ISM) 研究

7. FRB

   • 现在，FRB被确定为河外现象
   • 检测和定位需要很强的计算能力，现在有使用机器学习算法优化
   • 宿主星系和IGM对传播效应的贡献大小尚未确定，因此测量色散和距离具有很大的不确定性

8. AGN的相对论性射流

   • 射电天文学的多波长/信使相对论性射流——电磁频谱，引力波，中微子，宇宙射线
   • 下一步挑战：
     1. 开发混合数值模拟——相对论性磁流体，粒子，辐射动力学模拟
     2. 量化AGN喷射在促进和限制星系形成和演化中的作用
     3. 新的射电探测器——中微子观测，射流形成主要原因探究

9. GR的宇宙学检验

   • 张量-张量理论（大质量引力或双引力理论）在特定领域将简化为一种标量-张量理论
   • 精度将进一步提高
   • 引力波物理学和黑洞成像的并行发展

10. 太阳色球层

    • 3D辐射磁流体动力学数值模型代替1D半经验大气模型，可考虑非局部热力学平衡
    • 观测主导色球层动力学和能量学的物理过程——磁重联，针状体形成等

11. 日冕性质与电晕，太阳风

    • 仍未明确加热电晕并加速太阳风的物理过程
    • 观测，理论和3D的MHD模拟解决日冕加热和太阳风加速这两个相互交织的问题

12. 彗星化学与起源

    • 彗星由冰和尘埃组成，彗星一定是在低温下形成的
    • 彗星化学反映了从ISM到地球生命的所有阶段
    • 下一步主要目标为获得低于60 K的彗星冰样品和进一步确定彗星化学

13. 系外行星大气

    • 观测方法 (a) 透射光谱法, (b) 高分辨率多普勒光谱法，和 (c) 直接成像光谱法
    • 前沿：行星大气特征分类，大气与行星形成，大气与系外行星可能的生命特征

14. 毫米波和亚毫米波光谱

    • 远红外光谱涉及旋转光谱学和相关分子光谱等天体化学内容
    • 毫米/亚毫米波段是一个宽广且相对未开发的光谱

三.航天器或观测平台

1. Spacecraft

   1. Gaia (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) 高精度测量恒星的位置，距离和运动，创建整个银河系天体的精确三维地图和它们的运动
      • 该航天器具有足够的微推进燃料，可以运行到2024年11月左右
   2. TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) 系外行星观测卫星，主要任务目标是在两年期间调查地球附近最亮的恒星
      • 于2018年4月18日在猎鹰9号火箭上发射升空
   3. PSP (Parker Solar Probe) 帕克号太阳探测器，其任务是反复的探测和观察太阳的外日冕
      • NASA于2018年发射的无人航天器，它将在2025年最接近太阳，与太阳中心距离仅有9.86太阳半径（690万公里）

2. Telescope

   1. LSST (Large Synoptic Survey Telescope) 大型综合巡天望远镜，现改名Vera C. Rubin Observatory，是一个广视野巡天反射望远镜，带有8.4米主镜，将每三天拍摄全天一次。用于测量弱引力透镜和瞬态现象，探测暗物质和暗能量
      • 采用了一种新颖的三镜设计，并提供了一个32亿像素感光耦合元件(CCD)相机
      • LSST设置在智利北部的帕穹山伊尔佩恩峰，海拔2682米
   2. CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) 加拿大氢强度测绘实验，接收无线电波的射电望远镜，观测FRB，脉冲星绝佳工具
      • 由4个100 × 20 米的半圆柱体组成，配有1024个双极化射电接收器，探测频段为400-800 MHz
      • 2018年9月底开始观测运行，CHIME预计可以每天探测到数十个FRB
   3. DKIST (Daniel K. Inouye太阳望远镜) 位于太平洋毛伊岛（夏威夷第二大岛），DKIST可以观察可见光到近红外波长的太阳，具有一个4.24米的主镜，是世界上最大的太阳望远镜
      • 自适应光学器件可校正大气畸变和太阳图像模糊
      • 常规的科学观测定于建设完成后于2020年7月开始
   4. LOFAR

三.参考

[1].Annual Review of Astronomy and Astrophysics，根据《期刊引证报告》，该期刊的2016年影响因子为37.8，在“天文学与天体物理学”类别的61种期刊中排名第一，2020年33.1