2025年大學《天文學》專業(yè)題庫——星系間物質交換的天體現(xiàn)象考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.以下哪種現(xiàn)象是星系吸積物質的主要能量損失機制？A.熱傳導B.碰撞冷卻C.慣性碰撞D.引力勢能釋放2.星系風主要由以下哪類天體活動驅動？A.恒星形成B.超新星爆發(fā)C.活動星系核噴流D.星際云碰撞3.在星系反饋機制中，輻射壓主要作用于哪種物質？A.暗物質B.重元素塵埃C.電離氣體D.中性氣體4.下列哪種觀測證據(jù)最直接地支持活動星系核存在強大的星系風？A.星系核附近高金屬豐度氣體B.星系核輻射的X射線譜線C.星系核噴流方向上的遠距離射電泡D.星系核周圍快速運動的氣體云5.共星系（CoalescingGalaxies）通常指：A.正在相互繞行的星系對B.正在經(jīng)歷合并過程的星系對C.因引力相互作用而加速靠近的星系對D.由兩個主星系和多個次級星系組成的星系群6.宇宙紅外背景（CIB）的主要起源被認為是：A.星系際介質中的塵埃發(fā)射B.活動星系核的噴流輻射C.宇宙大尺度結構的同步輻射D.星系形成過程中的紫外輻射被塵埃散射7.氣體動力學模擬（HydrodynamicalSimulations）在研究星系相互作用時，需要重點考慮的主要物理過程不包括：A.引力相互作用B.氣體壓力梯度力C.視覺觀測效應D.恒星形成效率8.與旋渦星系相比，橢圓星系通常表現(xiàn)出更強的哪種反饋現(xiàn)象？A.核球風B.星系風C.噴流D.星際介質加熱9.下列哪種觀測手段最適合探測高密度的星系際中性氣體云？A.X射線望遠鏡B.紅外望遠鏡C.射電望遠鏡（通過21厘米譜線）D.紫外望遠鏡10.星系際介質（IGM）的金屬豐度隨宇宙時間的演化趨勢是：A.基本保持不變B.在宇宙早期迅速增加，之后趨于平穩(wěn)C.在宇宙早期很低，逐漸緩慢增加D.先增加后減少二、填空題1.星系際介質（IGM）大致占據(jù)了宇宙總質能比的________%。2.活動星系核（AGN）中心通常是一個超大質量黑洞（SMBH），其能量釋放的主要形式包括電磁輻射、噴流和________。3.當星系合并時，來自兩個星系核的氣體云碰撞并繞合并中心旋轉，形成的致密、高溫區(qū)域稱為________。4.能夠將星系內部產(chǎn)生的能量和物質向外輸送，限制星系星形成速率的反饋過程，通常被稱為________。5.射電波段觀測到的類星體噴流，其速度可以達到接近________的速度。6.IGM的化學豐度通常用金屬豐度（Z）來表示，其中“金屬”指的是除了氫和氦以外的所有________元素。7.基于觀測證據(jù)，星系風的速度通?？梢赃_到________公里/秒量級。8.恒星形成效率指的是單位質量星際氣體在單位時間內轉化為恒星的________。9.在星系反饋的“統(tǒng)一模型”（UnifiedModel）中，不同的AGN形態(tài)（如類星體、賽弗特星系）被認為是同一基本結構在不同角度和視線角度下的________。10.通過觀測宇宙線、伽馬射線等高能粒子，可以間接研究星系間物質交換中的________過程。三、名詞解釋1.星系際介質(IntergalacticMedium,IGM)2.吸積(Accretion)3.星系風(GalacticWind)4.共星系(CoalescingGalaxies)5.反饋(Feedback)四、簡答題1.簡述星系吸積對宿主星系結構和動力學可能產(chǎn)生的主要影響。2.活動星系核的反饋機制如何調節(jié)星系的恒星形成速率？請簡述其基本過程。3.區(qū)分“星系風”和“核球風”這兩個概念，并說明它們在物質輸送和能量傳輸方面的主要區(qū)別。4.簡要說明射電望遠鏡在探測星系間物質交換現(xiàn)象（如噴流、宇宙紅外背景）中的作用。五、論述題試論述星系合并過程中物質交換（吸積與反饋）對形成橢圓星系的重要作用。請從氣體的行為、恒星形成活動以及最終星系形態(tài)等方面進行闡述。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.C5.C6.A7.C8.B9.C10.C二、填空題1.豐度2.引力輻射3.碰撞區(qū)域/核心星云4.星系反饋/反饋機制5.光速6.化學元素7.數(shù)百8.質量流率/恒星形成率9.表觀形態(tài)/視覺形態(tài)10.高能粒子三、名詞解釋1.星系際介質(IntergalacticMedium,IGM):指位于星系團或星系群尺度上，存在于星系之間的稀薄氣體。其主要成分是電離氫和氦，以及少量金屬元素和塵埃，被暗物質暈所束縛。2.吸積(Accretion):指天體（如星系、恒星、黑洞）從其周圍環(huán)境（如星際介質、吸積盤）捕獲物質的過程。對于星系而言，主要指星系核心（如SMBH）或整個星系從周圍空間（包括自身合并過程中）獲取物質。3.星系風(GalacticWind):指從星系盤或核球區(qū)域被加速并向外流出星系邊界的高速（通常數(shù)百公里/秒）氣體流。它通常由恒星形成活動（如超新星爆發(fā)、恒星風）或活動星系核的反饋能量驅動。4.共星系(CoalescingGalaxies):指正在相互靠近并最終合并或經(jīng)歷劇烈相互作用的星系對。它們因引力相互作用而加速運動，并在合并過程中發(fā)生物質交換和能量釋放。5.反饋(Feedback):指星系內部的高能過程（如恒星形成、超新星爆發(fā)、活動星系核活動）將能量和物質輸送到星系外部（如星系風、噴流），從而調節(jié)星系自身的恒星形成速率、化學演化和總能量狀態(tài)的過程。四、簡答題1.簡述星系吸積對宿主星系結構和動力學可能產(chǎn)生的主要影響。*引力影響:吸積物質會增加星系的引力勢能，可能導致星系膨脹、密度降低。持續(xù)的吸積也可能改變星系的總體積和形狀。*動力學影響:吸積流可能引入非共旋轉動，導致星系內部產(chǎn)生旋臂或擾動。高能吸積流（如星系際氣體被SMBH加速）可能形成致密的高溫氣體核或風。*結構影響:吸積的氣體可能改變星系盤的厚度、密度分布，甚至可能導致星系核心區(qū)域（如核球）的快速物質積累，為活動星系核的形成提供物質。*化學影響:吸積引入的外部物質可能改變星系的化學成分，特別是金屬豐度。2.活動星系核的反饋機制如何調節(jié)星系的恒星形成速率？請簡述其基本過程。*能量注入:活動星系核中心的超大質量黑洞通過吸積物質釋放巨大能量，主要通過輻射（射電、紅外、紫外、X射線）和相對論噴流等形式向外輸出。*加熱與驅動力:輻射壓和噴流對周圍的星際氣體施加壓力，加熱氣體，提高其溫度。當能量注入超過氣體的冷卻能力時，氣體被加速。*形成星系風:高溫、高壓氣體被高速驅趕到星系之外，形成星系風。*限制恒星形成:星系風將氣體從星系盤內有效清除，特別是將其中包含的冷、密、金屬豐富的氣體輸送到外層區(qū)域或完全驅逐出星系。這減少了可供恒星形成的氣體總量，從而限制了星系的恒星形成速率。3.區(qū)分“星系風”和“核球風”這兩個概念，并說明它們在物質輸送和能量傳輸方面的主要區(qū)別。*定義與區(qū)域:*星系風(GalacticWind):通常指從整個星系盤區(qū)域（包括核球、盤面）被驅動的氣體流，其起源與恒星形成活動（如超新星、恒星風）密切相關，但也可能受到核球活動的貢獻。*核球風(CorescopicWind):特指起源于活動星系核（SMBH）核心區(qū)域，被其釋放的強大能量（主要是輻射和噴流）直接加熱和加速的氣體流。其能量來源更直接地與核活動相關。*物質輸送:*星系風:輸送的物質可能來源于星系盤的多個區(qū)域，成分可能相對復雜，包含不同豐度的氣體和塵埃。*核球風:主要輸送起源于核球核心的氣體，可能被高度加熱和混合，成分特征可能更接近核區(qū)的原始物質。*能量傳輸:*星系風:傳輸?shù)哪芰坎糠謥碜院阈切纬?，部分來自核活動。能量傳輸效率可能較低，部分能量可能在到達星系邊界前耗散。*核球風:傳輸?shù)哪芰繋缀跬耆蛑饕獊碜院嘶顒樱ㄝ椛鋲骸⒅苯蛹訜幔?。能量傳輸效率可能很高，能將能量直接帶到星系風的重要區(qū)域。4.簡要說明射電望遠鏡在探測星系間物質交換現(xiàn)象（如噴流、宇宙紅外背景）中的作用。*探測噴流:活動星系核產(chǎn)生的相對論性噴流具有極高的能量和速度，其中的電子在磁場中運動會產(chǎn)生同步輻射，發(fā)出強大的射電輻射。射電望遠鏡特別適合探測這些來自噴流頂端的“電波束”，可以精確測量噴流的延伸、速度、形態(tài)和能量。低頻射電觀測尤其能有效穿透星系際塵埃，探測到更遙遠或塵埃含量更高的噴流。*探測宇宙紅外背景:宇宙紅外背景是來自所有星系（特別是紅外發(fā)射強烈的星系和活動星系核）的遠紅外輻射的總和。星系風和恒星形成過程產(chǎn)生的塵埃顆粒會有效地吸收可見光和紫外光，并將其重新輻射到紅外波段。射電望遠鏡（特別是毫米波波段）可以用來探測這部分由星系風和塵埃加熱/重輻射貢獻的遠紅外背景輻射，從而間接研究星系間物質交換的總體能量輸出和空間分布。五、論述題試論述星系合并過程中物質交換（吸積與反饋）對形成橢圓星系的重要作用。請從氣體的行為、恒星形成活動以及最終星系形態(tài)等方面進行闡述。*氣體行為:在星系合并過程中，兩個或多個星系的引力相互作用導致它們之間的氣體云發(fā)生劇烈碰撞、混合和擾動。這些碰撞壓縮了氣體，使其密度急劇升高，越過雪線后觸發(fā)大規(guī)模、短期的恒星形成爆發(fā)。同時，引力相互作用也會將部分氣體從原有星系中剝離出來，形成致密的星系際云或吸積流，圍繞合并中的星系核運動。*恒星形成活動:合并過程中的高密度氣體云和劇烈引力擾動導致了異常強烈的恒星形成活動。這種活動不僅產(chǎn)生大量的超新星爆發(fā)，其能量通過反饋過程（超新星風、恒星風、可能還有核活動）被釋放出來。*反饋作用:這些反饋過程產(chǎn)生的能量和物質被向外驅動，形成強大的星系風或噴流，將大量氣體從星系核心區(qū)域清除出去。這極大地抑制了合并星系中后期的恒星形成活動。*最終形態(tài):恒星形成活動的高峰期通常比氣體清除的速率要快，導致在合并早期形成大量的短命、大質量