2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——星系合并對(duì)星系運(yùn)動(dòng)的影響考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在星系并行的軌道演化過程中，主要由以下哪種機(jī)制導(dǎo)致星系逐漸減速并相互靠近？(A)瑞利散射(B)動(dòng)態(tài)摩擦(C)離心力損失(D)引力透鏡效應(yīng)2.橢圓星系中普遍存在的“箱形結(jié)構(gòu)”（Boxy&PeaGalaxies）現(xiàn)象，最可能是由以下哪種過程引起的？(A)核心超大質(zhì)量黑洞的快速噴射(B)并行星系過程中強(qiáng)烈的恒星碰撞(C)潮汐力導(dǎo)致的核球區(qū)域的引力穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(D)星系風(fēng)將物質(zhì)從中心吹出的結(jié)果3.旋渦星系在經(jīng)歷并合過程時(shí)，其中心通常形成致密核球，這主要是由于：(A)中心黑洞直接吞噬了大量物質(zhì)(B)潮汐力將外部物質(zhì)集中到中心(C)動(dòng)態(tài)摩擦使大部分恒星球體減速并聚集在中心(D)星系盤的自轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)崩潰4.活動(dòng)星系核（AGN）的強(qiáng)大能量輸出，普遍認(rèn)為與其中心超大質(zhì)量黑洞通過以下哪種方式獲取物質(zhì)密切相關(guān)？(A)從星系暈中持續(xù)吸積彌漫氣體(B)并合過程中產(chǎn)生的恒星流直接落入(C)吸積并合產(chǎn)生的星系盤中的稠密物質(zhì)(D)核心黑洞自身質(zhì)能的轉(zhuǎn)化5.與孤立旋渦星系相比，經(jīng)歷并合過程的旋渦星系，其核球通常具有更高的金屬豐度，這主要是因?yàn)椋?A)核球內(nèi)部的恒星化學(xué)演化更充分(B)并合過程中，來自其他星系核球或盤的物質(zhì)被混合(C)核心黑洞噴流富集了核區(qū)物質(zhì)(D)星系風(fēng)未能有效帶走金屬元素6.在星系并合過程中，氣體（尤其是星系際氣體）相比于恒星，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)更容易受到以下哪種因素的影響？(A)恒星間的直接碰撞(B)潮汐力(C)自轉(zhuǎn)曲線的變化(D)暗物質(zhì)暈的引力勢(shì)阱7.觀測(cè)表明，橢圓星系通常比旋渦星系具有更高的速度彌散，這主要反映了：(A)橢圓星系內(nèi)部恒星的平均速度更大(B)橢圓星系形成了更復(fù)雜的速度梯度(C)橢圓星系中的恒星運(yùn)動(dòng)方向更隨機(jī)，無明確旋轉(zhuǎn)模式(D)橢圓星系的質(zhì)量密度分布更均勻8.“引力透鏡”現(xiàn)象在研究星系合并時(shí)，主要利用了以下哪種效應(yīng)？(A)來自并合星系中心黑洞的強(qiáng)光輻射(B)并合過程中產(chǎn)生的強(qiáng)烈射電噴流(C)由并合星系及其暗物質(zhì)暈造成的引力場(chǎng)對(duì)背景光源光的彎曲(D)合并后星系風(fēng)對(duì)可見光的散射9.星系合并對(duì)于星系際介質(zhì)（IGM）的演化，最主要的影響在于：(A)提高了IGM的金屬豐度(B)增加了IGM的溫度和密度(C)導(dǎo)致了IGM中星系風(fēng)的普遍形成(D)通過引力擾動(dòng)促進(jìn)了宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的形成10.在模擬星系合并的數(shù)值實(shí)驗(yàn)中，流體動(dòng)力學(xué)（Hydrodynamic）模擬相較于純引力（N-body）模擬，其關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于能夠更準(zhǔn)確地模擬：(A)恒星軌道的精確演化(B)氣體動(dòng)力學(xué)行為，如壓力、溫度、湍流和星系風(fēng)(C)暗物質(zhì)暈的分布和動(dòng)力學(xué)(D)核心超大質(zhì)量黑洞的物理過程二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填入橫線處）1.星系合并的過程通常伴隨著劇烈的恒星形成活動(dòng)，這主要是由____________和___________的注入能量所驅(qū)動(dòng)。2.潮汐力是指由于星系內(nèi)部不同部位受到____________引力作用不均勻而產(chǎn)生的力，它對(duì)星系____________和____________的形成具有重要作用。3.動(dòng)態(tài)摩擦是星系（或星系團(tuán)）在并行的過程中，由于自身引力場(chǎng)與___________相互作用而產(chǎn)生的阻礙其運(yùn)動(dòng)的力，其效果類似于流體中的阻力。4.活動(dòng)星系核（AGN）的能量主要來源于其中心超大質(zhì)量黑洞的___________過程，而星系合并被認(rèn)為是觸發(fā)或加劇AGN活動(dòng)的重要機(jī)制之一。5.并合過程中產(chǎn)生的恒星流是指被并合星系的物質(zhì)在___________作用下被剝離，形成延伸的、無旋轉(zhuǎn)的流或弧狀結(jié)構(gòu)。6.觀測(cè)上，星系合并的產(chǎn)物——橢圓星系，通常呈現(xiàn)___________橢圓形狀，且缺乏明顯的年輕星族和星際介質(zhì)。7.星系合并不僅改變了星系的整體形態(tài)和動(dòng)力學(xué)，還可能顯著改變其化學(xué)組成，例如通過____________過程富集中心區(qū)域的金屬豐度。8.除了可見光，研究星系合并還常利用射電、紅外、X射線等波段，例如觀測(cè)并合星系中的___________可以幫助理解氣體動(dòng)力學(xué)和AGN活動(dòng)。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請(qǐng)給出簡潔、準(zhǔn)確的定義）1.星系合并(GalaxyMerger)2.潮汐剝離(TidalStripping)3.活動(dòng)星系核(ActiveGalacticNucleus,AGN)4.星系風(fēng)(GalacticWind)5.恒星流(StarStream)四、簡答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡潔明了地回答下列問題）1.簡述動(dòng)態(tài)摩擦是如何影響并行星系的軌道演化的。2.并合過程中，旋渦星系的核球是如何形成的？請(qǐng)簡述其主要機(jī)制。3.觀測(cè)上有哪些證據(jù)支持星系合并是形成橢圓星系的重要途徑？4.解釋星系合并如何能夠觸發(fā)或增強(qiáng)活動(dòng)星系核（AGN）的活動(dòng)。五、論述題（每題10分，共30分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行較為全面的闡述）1.詳細(xì)討論潮汐力在星系合并過程中可能產(chǎn)生的各種典型現(xiàn)象及其物理機(jī)制。2.闡述星系合并對(duì)于星系化學(xué)演化的影響，包括金屬豐度的變化、元素分布的混合等。3.綜合說明如何利用多種天文觀測(cè)手段（如不同波段的電磁輻射、視向速度測(cè)量等）來研究星系合并事件，并舉例說明觀測(cè)證據(jù)。---試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.C5.B6.B7.C8.C9.C10.B二、填空題1.碰撞，引力波2.中心，棒狀結(jié)構(gòu)3.附近星系物質(zhì)4.吸積5.潮汐力6.短軸7.并合混合8.噴流三、名詞解釋1.兩個(gè)或多個(gè)星系在引力作用下相互靠近并最終合并形成一個(gè)新星系的過程。2.潮汐力作用導(dǎo)致星系外部或鄰近區(qū)域物質(zhì)被剝離、流失的現(xiàn)象。3.中心位于活躍星系核，具有極高能量輸出（電磁輻射、噴流等）的天體，通常認(rèn)為由超大質(zhì)量黑洞驅(qū)動(dòng)。4.由星系中心區(qū)域（如AGN）流出，包含恒星、氣體和塵埃的高速流出物，通常具有高溫和特定速度分布。5.在星系并合過程中，被潮汐力剝離并形成的延伸狀、缺乏旋轉(zhuǎn)的恒星流或弧狀結(jié)構(gòu)。四、簡答題1.動(dòng)態(tài)摩擦使并行的星系相互靠近，并逐漸減速。隨著距離減小，相對(duì)速度降低，動(dòng)態(tài)摩擦力增強(qiáng)，導(dǎo)致星系軌道能量和角動(dòng)量損失，最終使它們沿著引力勢(shì)阱（如合并后星系的引力井）向中心螺旋坍縮。2.旋渦星系在并合過程中，其外盤和核球物質(zhì)受到強(qiáng)烈的潮汐擾動(dòng)。核球區(qū)域的潮汐力可能形成致密核，同時(shí)外部氣體和塵埃被加速并流向中心，部分物質(zhì)可能通過吸積落入中心黑洞，同時(shí)觸發(fā)強(qiáng)烈的恒星形成。最終，原旋渦星系的核球和部分盤物質(zhì)被混合，形成致密的橢圓狀核。3.觀測(cè)證據(jù)包括：1)橢圓星系中普遍存在的箱形結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是并合過程的殘余；2)橢圓星系與旋渦星系的顏色-星等關(guān)系不同，暗示了形成機(jī)制的差異；3)橢圓星系通常缺乏年輕星族和星際介質(zhì)，而并合過程能解釋這種“退伴”特征；4)觀測(cè)到大量處于并合階段的星系對(duì)和正在形成中的橢圓星系。4.星系合并將大量氣體（可能伴隨中心黑洞）快速注入中心區(qū)域，形成致密的高溫氣體盤。這些物質(zhì)落入超大質(zhì)量黑洞的吸積盤，釋放巨大能量，形成強(qiáng)烈的核活動(dòng)（AGN），同時(shí)合并過程本身也伴隨著星系形態(tài)的重塑和恒星形成率的爆發(fā)。五、論述題1.潮汐力是星系合并中主導(dǎo)非引力相互作用的關(guān)鍵因素。當(dāng)兩個(gè)星系靠近時(shí)，它們之間的引力梯度隨距離變化顯著。離中心較遠(yuǎn)的星系部分受到的引力更強(qiáng)，而離中心較近的部分受到的引力較弱，這種不均勻的引力作用產(chǎn)生潮汐力。主要現(xiàn)象有：1)潮汐剝離：剝離并合星系的外圍氣體、塵埃和低質(zhì)量恒星，形成恒星流、弧狀結(jié)構(gòu)或被拋入星系際空間；2)棒狀/箱形結(jié)構(gòu)形成：潮汐力作用于旋轉(zhuǎn)星系的垂直于自轉(zhuǎn)軸方向，可能激發(fā)盤內(nèi)密度波，形成棒狀結(jié)構(gòu)或箱形結(jié)構(gòu)；3)星系形態(tài)變形：潮汐力拉伸和扭曲星系形狀，破壞原有的對(duì)稱性；4)核球形成：潮汐力將物質(zhì)從外部盤和核向中心集中，形成致密核球；5)恒星碰撞率增加：在并合的密集區(qū)域，恒星軌道被擾亂，碰撞概率顯著升高。2.星系合并對(duì)化學(xué)演化有深遠(yuǎn)影響。首先，合并過程通過潮汐剝離和吸積，將不同星系（可能具有不同初始化學(xué)組成或形成環(huán)境的星系）的物質(zhì)混合，改變了合并后星系的整體化學(xué)成分和元素分布均勻性。例如，將外部較金屬貧的氣體與內(nèi)部較金屬豐富的核區(qū)物質(zhì)混合。其次，合并常常觸發(fā)大規(guī)模的恒星形成活動(dòng)。新形成的恒星，特別是大質(zhì)量恒星，其生命終結(jié)時(shí)的超新星爆發(fā)和恒星風(fēng)會(huì)顯著補(bǔ)充和富集星系盤和核區(qū)的重元素（金屬），導(dǎo)致化學(xué)演化加速。此外，合并也可能促進(jìn)中心超大質(zhì)量黑洞的成長，黑洞活動(dòng)（AGN）伴隨的噴流和星系風(fēng)也能將物質(zhì)輸運(yùn)和混合，影響化學(xué)分布。因此，經(jīng)歷并合的星系通常表現(xiàn)出更復(fù)雜的化學(xué)演化歷史和更高的中心金屬豐度。3.研究星系合并需綜合運(yùn)用多種觀測(cè)手段：1)可見光觀測(cè)：主要用于識(shí)別星系對(duì)、測(cè)量星系位置、速度（視向速度和ProperMotion），觀測(cè)并合過程中形成的特殊結(jié)構(gòu)如棒、核球、箱形結(jié)構(gòu)、恒星流、以及星系形態(tài)的破壞和重塑。2)紅外觀測(cè)：穿透星系盤塵埃，有助于探測(cè)并合星系中的年輕星族（HII區(qū)、星協(xié)），估計(jì)恒星形成率，并觀測(cè)中心黑洞吸積盤的紅外輻射。3)射電觀測(cè)：對(duì)并合過程中產(chǎn)生的射電噴流、星系風(fēng)和激波非常敏感，是研究AGN活動(dòng)和氣體動(dòng)力學(xué)的重要手段。4)X射線觀測(cè)：可探測(cè)并合星系中由高能過程（如AGN、噴流、超新星遺跡）產(chǎn)生的熱和冷氣體，以及星系風(fēng)