2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——星系碰撞與星系合并的研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)字母填在括號內(nèi)）1.以下哪種天體物理過程通常不被認(rèn)為是星系碰撞與合并的主要驅(qū)動機(jī)制？A.兩個星系在引力場作用下相互靠近B.宇宙膨脹導(dǎo)致的隨機(jī)引力擾動C.星系團(tuán)形成過程中的引力相互作用D.恒星之間的直接碰撞2.在星系碰撞過程中，導(dǎo)致星系形狀被扭曲并形成特征性“潮汐尾”的主要物理原因是？A.碰撞產(chǎn)生的巨大熱輻射B.星系內(nèi)部恒星和氣體的相對速度差異以及引力作用C.碰撞引發(fā)的劇烈恒星形成活動D.碰撞導(dǎo)致的星系中心超大質(zhì)量黑洞的噴射3.以下哪個天體結(jié)構(gòu)或現(xiàn)象是星系碰撞合并過程中經(jīng)常觀測到的直接證據(jù)？A.星系核的快速自轉(zhuǎn)B.星系盤面的對稱結(jié)構(gòu)C.潮汐尾、延伸的星流或核球形成D.星系中彌漫的均勻氣體分布4.N體模擬在研究星系碰撞時主要關(guān)注的是什么物理量？A.氣體密度分布B.恒星形成率C.恒星和暗物質(zhì)粒子的位置和速度D.碰撞產(chǎn)生的電磁輻射5.活動星系核（AGN）的活動在星系碰撞合并過程中可能扮演什么角色？A.作為主要的引力源阻止碰撞發(fā)生B.通過噴流過程有效地移除碰撞過程中的角動量C.直接吞噬整個星系，阻止其結(jié)構(gòu)形成D.主要在碰撞前就已經(jīng)存在，與碰撞過程無關(guān)6.相比于橢圓星系，旋渦星系在經(jīng)歷顯著碰撞合并后，更傾向于演變成？A.不變，仍保持旋渦結(jié)構(gòu)B.橢圓星系或透鏡狀星系C.不規(guī)則星系D.仍然保持高度有序的旋渦結(jié)構(gòu)，但旋臂被壓平7.星系碰撞合并過程中，星系核（中心區(qū)域）的物質(zhì)密度通常會經(jīng)歷怎樣的變化？A.持續(xù)均勻增加B.先增加后減小C.顯著增加，形成致密核球D.幾乎沒有明顯變化8.觀測證據(jù)表明，大多數(shù)大型橢圓星系的形成與以下哪種過程密切相關(guān)？A.密集的星系群內(nèi)部引力相互作用和多次碰撞合并B.星系盤的自轉(zhuǎn)和外流作用C.星系與星際介質(zhì)的緩慢融合D.單一旋渦星系的緩慢演化9.在星系碰撞的早期階段，氣體云之間最可能發(fā)生什么主導(dǎo)過程？A.恒星與恒星的直接碰撞B.氣體壓縮、加熱和快速恒星形成（星暴）C.暗物質(zhì)粒子的湮滅D.核心超大質(zhì)量黑洞的合并10.利用引力透鏡效應(yīng)研究星系碰撞可以為天文學(xué)家提供哪些信息？A.碰撞星系的總質(zhì)量和暗物質(zhì)分布B.碰撞過程中恒星的運(yùn)動軌跡C.碰撞產(chǎn)生的電磁輻射強(qiáng)度D.碰撞后新星系盤的精確角度二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.星系碰撞合并是宇宙中由______主導(dǎo)的劇烈天體物理過程，它深刻影響著星系從形成到演化的整個歷史。2.在星系碰撞過程中，由于不同部分運(yùn)動速度差異和引力攝動，常會拉扯出長長的、類似拖尾的結(jié)構(gòu)，稱為______。3.碰撞合并通常能夠顯著激發(fā)星系中心的恒星形成活動，形成短暫的、非常明亮的區(qū)域，即______。4.除了可見光，天文學(xué)家利用______（如X射線、紅外線）等波段的觀測來研究碰撞星系中的高溫氣體、塵埃和核活動。5.為了模擬大規(guī)模星系碰撞，天文學(xué)家發(fā)展了復(fù)雜的______模擬方法，追蹤大量（包括恒星和暗物質(zhì)）粒子的運(yùn)動。6.橢圓星系通常被認(rèn)為比旋渦星系含有更高比例的______，這暗示了它們可能經(jīng)歷了更強(qiáng)烈的碰撞合并歷史。7.碰撞合并過程是觸發(fā)或增強(qiáng)星系核區(qū)域______（如類星體）活動的重要機(jī)制之一。8.在星系群或星系團(tuán)尺度上，星系間的______相互作用是導(dǎo)致星系形態(tài)改造和合并的主要動力。9.恒星流是指碰撞合并過程中被剝離并散布在星系外圍的______。10.星系碰撞合并不僅改變星系的結(jié)構(gòu)和成分，也對其整體______（如星系旋轉(zhuǎn)速度、質(zhì)量分布）產(chǎn)生長遠(yuǎn)影響。三、名詞解釋（每題4分，共20分。請給出每個名詞的簡要定義或解釋）1.潮汐力2.星暴核3.N體模擬4.暗物質(zhì)暈5.核球四、簡答題（每題6分，共24分。請簡要回答下列問題）1.簡述星系碰撞過程中恒星和氣體（或塵埃）的行為有何不同。2.列舉至少三種可以通過觀測到的星系結(jié)構(gòu)或現(xiàn)象來識別星系可能正在經(jīng)歷碰撞合并。3.簡要解釋星系碰撞如何能夠觸發(fā)或增強(qiáng)星系核中的活動星系核（AGN）活動。4.為什么說星系碰撞合并是理解大型橢圓星系形成的關(guān)鍵過程？五、論述題（每題10分，共30分。請就下列問題進(jìn)行較為深入的論述）1.結(jié)合觀測證據(jù)和理論模型，論述星系碰撞合并對星系化學(xué)演化的可能影響。2.探討星系碰撞合并對于塑造星系總星系質(zhì)量分布（如暗物質(zhì)暈）可能扮演的角色。3.試述星系碰撞與星系合并研究在當(dāng)前天文學(xué)前沿中的重要性，并舉例說明該領(lǐng)域最新的研究進(jìn)展或挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.C5.B6.B7.C8.A9.B10.A二、填空題1.引力2.潮汐尾3.星暴核4.多波段5.計(jì)算機(jī)或數(shù)值6.暗物質(zhì)7.核活動8.引力9.恒星10.演化三、名詞解釋1.潮汐力：指在引力場中，物體不同部分受到的引力大小不等，從而產(chǎn)生的拉伸或壓縮效應(yīng)。2.星暴核：指星系碰撞合并過程中，由于引力壓縮和氣體激波作用，導(dǎo)致星系核區(qū)域恒星形成率急劇增高的現(xiàn)象或區(qū)域。3.N體模擬：一種計(jì)算機(jī)模擬方法，追蹤大量粒子（如恒星、暗物質(zhì)）在引力作用下的運(yùn)動軌跡，用于研究星系、星系團(tuán)等天體的動力學(xué)演化。4.暗物質(zhì)暈：環(huán)繞在星系周圍，不發(fā)光或發(fā)光極弱，但通過其引力效應(yīng)被探測到的巨大物質(zhì)分布區(qū)域。5.核球：指星系中心致密、近球狀的結(jié)構(gòu)，通常由老年恒星組成，是星系碰撞合并過程中核區(qū)恒星分布改變形成的常見結(jié)果。四、簡答題1.恒星：由于恒星間平均距離遙遠(yuǎn)，碰撞概率極低，在碰撞過程中大部分恒星會直接穿過對方星系，其運(yùn)動軌跡主要由引力決定，可能被拋出、改變軌道或被甩入不同星系，但物理上的直接碰撞很少發(fā)生。氣體（或塵埃）：氣體云或塵埃云密度遠(yuǎn)高于恒星，相互作用更強(qiáng)，碰撞概率高得多。在引力作用下被迅速拉近，發(fā)生劇烈的碰撞、壓縮和混合，導(dǎo)致氣體急劇加熱、觸發(fā)大規(guī)模恒星形成（星暴），并形成潮汐尾等結(jié)構(gòu)。2.（1）明顯的潮汐尾或延伸的星流。（2）星系形狀被嚴(yán)重扭曲，失去原有對稱性，呈現(xiàn)不規(guī)則形態(tài)。（3）星系核區(qū)域異常明亮，可能形成星暴核或活動星系核（AGN）。（4）星系中心密度異常增高，可能形成或增大核球。（5）兩個星系的核心部分（核球或核區(qū)）相互靠近甚至融合。3.星系碰撞過程中，巨大的引力擾動和氣體云的劇烈碰撞壓縮了星系核區(qū)域的氣體，使其密度急劇升高。高溫、高密度的氣體落入或靠近中心超大質(zhì)量黑洞，被加速并加熱到極高溫度，發(fā)出強(qiáng)烈的電磁輻射，表現(xiàn)為AGN或類星體。同時，碰撞帶來的大量氣體和恒星物質(zhì)也落入黑洞，提供了燃料，進(jìn)一步增強(qiáng)了其活動。4.觀測表明，大多數(shù)大型橢圓星系具有高中心密度、缺乏盤面結(jié)構(gòu)、富含老恒星的普遍特征，這與旋渦星系等碰撞前形態(tài)截然不同。數(shù)值模擬顯示，旋渦星系在經(jīng)歷多次與其他星系的碰撞和引力相互作用（尤其是在密集的星系團(tuán)環(huán)境中）后，其星系盤和旋臂被破壞，恒星被拋散并混合，氣體被壓縮和加熱，最終形成致密、對稱的橢圓星系形態(tài)。因此，星系碰撞合并被認(rèn)為是形成和改造大型橢圓星系的主要機(jī)制。五、論述題1.星系碰撞合并顯著改變了星系中的重元素分布。碰撞過程中，恒星之間的碰撞（雖然概率低）和超新星爆發(fā)會將內(nèi)部原子核融合成更重的元素。同時，碰撞壓縮和加熱氣體，促進(jìn)恒星形成，新形成的恒星富含重元素。這些新恒星死亡后，重元素通過星風(fēng)、超新星遺跡等方式散布到星系中，使得碰撞合并過程中的和合并后的星系（尤其是年輕星系和核區(qū)）重元素豐度顯著高于碰撞前或未經(jīng)歷劇烈合并的星系。此外，碰撞合并還會改變星系的化學(xué)演化速率和方向，例如通過觸發(fā)大規(guī)模恒星形成改變重元素的注入速率。2.星系碰撞合并對星系總星系質(zhì)量分布，特別是暗物質(zhì)暈的塑造具有重要影響。暗物質(zhì)暈是星系質(zhì)量的主要組成部分，其尺度遠(yuǎn)大于發(fā)光部分的星系。在碰撞過程中，雖然恒星間的相對速度可能很大，但由于平均距離遙遠(yuǎn)，恒星被拋出或交換的概率相對較高。然而，暗物質(zhì)粒子（假設(shè)其存在）如果相互作用較弱或主要是引力相互作用，其運(yùn)動軌跡更多地受整體引力勢阱影響，更難被直接拋出。因此，碰撞合并傾向于將兩個或多個星系的暗物質(zhì)暈融合在一起，可能導(dǎo)致合并后星系的暗物質(zhì)暈質(zhì)量增加、尺度增大，并可能形成更復(fù)雜、不對稱的暗物質(zhì)分布。觀測上，一些經(jīng)歷過劇烈碰撞合并的星系，其暗物質(zhì)暈的性質(zhì)可能與其穩(wěn)定演化的孤立星系不同。3.星系碰撞與合并研究是理解宇宙結(jié)構(gòu)形成和星系演化關(guān)鍵環(huán)節(jié)的前沿領(lǐng)域，具有極其重要的意義。它不僅揭示了星系從簡單到復(fù)雜、從低級到高級演化的重要途徑，也為檢驗(yàn)引力理論（尤其是在極端環(huán)境下）、研究暗物質(zhì)和暗能量的性質(zhì)、理解星系核活動（AGN）的觸發(fā)機(jī)制等提供了獨(dú)特的平臺。該領(lǐng)域的研究推動了觀測天文學(xué)的發(fā)展，促進(jìn)了多波段觀測（射電、紅外、