2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——星系團(tuán)的形成與結(jié)構(gòu)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不是星系團(tuán)形成的兩種主要理論？A.Bottom-up理論B.Top-down理論C.HierarchicalMerging理論D.MonolithicCollapse理論2.星系團(tuán)中心溫度最高的組成部分通常是？A.恒星B.暗物質(zhì)C.冷暗物質(zhì)暈D.熱X射線氣體3.下列哪種類型的星系在星系團(tuán)中通常占數(shù)量最多的？A.橢圓星系B.旋渦星系C.不規(guī)則星系D.矮星系4.X射線星系團(tuán)的主要輻射來(lái)源是？A.恒星內(nèi)部核聚變B.星系核活動(dòng)C.星系團(tuán)內(nèi)部高溫電離氣體的熱輻射D.星系際塵埃反射5.致密星系團(tuán)（CompactGalaxyCluster）通常表現(xiàn)出？A.較低的星系數(shù)量和溫度B.較高的星系數(shù)量和溫度C.較低的星系數(shù)量和較高的溫度D.較高的星系數(shù)量和較低的溫度6.在星系團(tuán)尺度上，哪種成分的總質(zhì)量通常占主導(dǎo)地位？A.恒星B.暗物質(zhì)C.熱氣體D.冷氣體7.“標(biāo)準(zhǔn)燭光”方法在宇宙學(xué)中通常指利用什么天體來(lái)測(cè)量宇宙距離？A.矮星系B.星系團(tuán)C.類星體D.超新星8.星系團(tuán)中的“去旋現(xiàn)象”（DepletionofSpiralGalaxies）是指？A.星系在相互作用中失去旋轉(zhuǎn)能量B.星系在相互作用中失去恒星C.星系在相互作用中失去盤面結(jié)構(gòu)D.星系在相互作用中失去暗物質(zhì)9.觀測(cè)星系團(tuán)中心區(qū)域的熱氣體溫度和密度主要利用什么波段的電磁輻射？A.可見(jiàn)光B.紅外線C.X射線D.射電波10.如果一個(gè)天體群表現(xiàn)出巨大的尺度、引力束縛性以及包含多種類型星系，那么它最可能被歸類為？A.星群B.星協(xié)C.星系團(tuán)D.星系束二、填空題（每空1分，共15分）1.星系團(tuán)形成的主要驅(qū)動(dòng)力是________，而暗物質(zhì)暈的引力作用在星系團(tuán)形成中扮演了________的角色。2.星系團(tuán)的基本結(jié)構(gòu)通常從內(nèi)到外可分為_(kāi)_______、________和________。3.星系團(tuán)中的成員除了星系外，還包括________和彌漫的________。4.熱X射線氣體在星系團(tuán)中通常處于________狀態(tài)，其溫度范圍一般在________K。5.通過(guò)分析星系團(tuán)中大量橢圓星系的光度分布函數(shù)，可以反推星系團(tuán)的總________。6.星系團(tuán)環(huán)境通過(guò)引力相互作用和________等方式，能夠顯著改變孤立星系的________和________。7.宇宙大尺度結(jié)構(gòu)中，星系團(tuán)構(gòu)成了其中的________尺度組分。三、名詞解釋（每題3分，共12分）1.Bottom-up理論2.星系團(tuán)暈(HaloofaGalaxyCluster)3.X射線發(fā)射線(X-rayEmissionLines)4.星系團(tuán)環(huán)境效應(yīng)(GalaxyClusterEnvironmentalEffects)四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述星系團(tuán)形成的bottom-up理論的主要觀點(diǎn)。2.解釋星系團(tuán)中心存在熱X射線氣體的原因及其物理過(guò)程。3.列舉并簡(jiǎn)要說(shuō)明星系團(tuán)中星系可能遭受的幾種主要環(huán)境效應(yīng)。4.為什么說(shuō)星系團(tuán)是研究宇宙學(xué)的重要探針？五、論述題（10分）結(jié)合觀測(cè)證據(jù)，討論支持星系團(tuán)形成bottom-up理論的觀測(cè)證據(jù)，并簡(jiǎn)述其面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.D4.C5.C6.B7.C8.C9.C10.C二、填空題1.引力，主導(dǎo)2.致密核心，核心，暈3.暗物質(zhì)，熱氣體4.等離子體，數(shù)百萬(wàn)5.質(zhì)量6.星系相互作用，形態(tài)，演化7.大尺度結(jié)構(gòu)三、名詞解釋1.Bottom-up理論：認(rèn)為星系團(tuán)是由大量較小的子結(jié)構(gòu)（如星系群）通過(guò)引力合并逐漸形成的大型結(jié)構(gòu)。2.星系團(tuán)暈(HaloofaGalaxyCluster)：指環(huán)繞星系團(tuán)核心區(qū)域、主要由暗物質(zhì)構(gòu)成的巨大引力束縛區(qū)域，其范圍遠(yuǎn)超可見(jiàn)星系分布。3.X射線發(fā)射線(X-rayEmissionLines)：來(lái)自星系團(tuán)中心高溫（數(shù)百萬(wàn)開(kāi)爾文）等離子體的X射線光譜中，由電子與離子碰撞或復(fù)合產(chǎn)生的特定波長(zhǎng)特征，可用于診斷氣體性質(zhì)。4.星系團(tuán)環(huán)境效應(yīng)(GalaxyClusterEnvironmentalEffects)：指星系團(tuán)這個(gè)特殊的高密度環(huán)境對(duì)其內(nèi)部成員星系（特別是星系群或單個(gè)星系）的形態(tài)、恒星形成率、化學(xué)成分、動(dòng)力學(xué)等產(chǎn)生的物理影響。四、簡(jiǎn)答題1.Bottom-up理論的主要觀點(diǎn)是，宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的形成始于小尺度結(jié)構(gòu)的引力不穩(wěn)定性，導(dǎo)致小星系或星系群形成。這些子結(jié)構(gòu)隨后通過(guò)引力相互吸引和合并，逐漸長(zhǎng)大，最終形成星系團(tuán)和更大尺度的結(jié)構(gòu)。該理論強(qiáng)調(diào)暗物質(zhì)暈在早期結(jié)構(gòu)形成和引力捕獲中的關(guān)鍵作用。2.星系團(tuán)中心存在熱X射線氣體的原因主要是星系團(tuán)形成和演化過(guò)程中的引力壓縮和加熱。年輕星系團(tuán)形成時(shí)，大量星系和星際介質(zhì)快速落入引力勢(shì)阱，相互碰撞和摩擦導(dǎo)致氣體被壓縮、升溫。同時(shí)，超新星爆發(fā)、星系風(fēng)等活動(dòng)也會(huì)向中心注入能量，維持氣體的高溫狀態(tài)（數(shù)百萬(wàn)開(kāi)爾文），使其成為等離子體，并發(fā)出X射線。3.星系團(tuán)中星系可能遭受的主要環(huán)境效應(yīng)包括：①熱氣體浸泡（Strangulation）：星系核心區(qū)域落入星系團(tuán)中心的高溫?zé)釟怏w中，氣體冷卻和星系物質(zhì)補(bǔ)充受阻，導(dǎo)致核球形成和恒星形成率下降。②星系相互作用和并合：星系團(tuán)內(nèi)星系間發(fā)生碰撞、接近或并合，導(dǎo)致星系形態(tài)被破壞（如旋渦星系去旋）、核球形成、恒星形成率短期激增。③銀暈剝離（Stripping）：星系在穿越星系團(tuán)中心區(qū)域時(shí)，其銀暈中的氣體（特別是熱氣體）被星系團(tuán)強(qiáng)大引力場(chǎng)和湍流剝離，導(dǎo)致星系質(zhì)量損失和成分改變。4.星系團(tuán)是研究宇宙學(xué)的重要探針，原因在于：①星系團(tuán)是宇宙大尺度結(jié)構(gòu)中最致密、最大尺度的已知結(jié)構(gòu)，其形成和分布反映了宇宙的引力動(dòng)力學(xué)和總物質(zhì)組成（特別是暗物質(zhì)比例）。②大多數(shù)星系團(tuán)中心存在致密的熱X射線氣體，其溫度、密度和分布可以通過(guò)觀測(cè)X射線來(lái)精確測(cè)量，結(jié)合引力效應(yīng)可以估算出星系團(tuán)的總質(zhì)量和暗物質(zhì)含量。③星系團(tuán)的紅移（宇宙距離）可以通過(guò)多種方法測(cè)定（如利用成員星系的紅移、標(biāo)準(zhǔn)燭光法），結(jié)合其物理性質(zhì)（如光度、質(zhì)量），可以用來(lái)測(cè)量宇宙膨脹速率（哈勃常數(shù)）和探測(cè)宇宙加速膨脹（暗能量）。④星系團(tuán)內(nèi)部成員星系的觀測(cè)有助于研究宇宙演化過(guò)程中環(huán)境對(duì)星系形成的長(zhǎng)期影響。五、論述題支持bottom-up理論的主要觀測(cè)證據(jù)包括：①大尺度結(jié)構(gòu)模擬顯示，由小星系群合并形成的星系團(tuán)具有觀測(cè)上更普遍的“雙峰”或“三峰”星系分布特征（即不同類型星系在數(shù)量上存在特定比例），這與觀測(cè)結(jié)果相符；②星系團(tuán)中心區(qū)域普遍存在致密星系團(tuán)（CompactGalaxyClusters），其星系數(shù)量和密度異常高，可能代表了bottom-up過(guò)程中早期形成的、尚未完全混合的結(jié)構(gòu)；③部分星系團(tuán)中心或附近發(fā)現(xiàn)的低紅移、低密度星系群，可能被視為正在被星系團(tuán)吞噬的、尚未完全“消化”的子結(jié)構(gòu)遺骸。然而，bottom-up理論也面臨挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在：①如何解釋觀測(cè)到的星系團(tuán)在空間分布上的顯著成團(tuán)性（即星系團(tuán)自身也傾向于聚集在一起形成更大的結(jié)構(gòu)），這更符合top-down理論或兩者混合的模型；②top-down理論能更好地解釋