2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——星系內(nèi)超新星的頻率分布考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪種類型的超新星主要由大質(zhì)量恒星（初始質(zhì)量大于8-10倍太陽質(zhì)量）的引力坍縮爆發(fā)形成？A.超新星IaB.超新星Ib/cC.超新星IID.中子星2.在討論星系內(nèi)超新星頻率分布時，“觀測選擇效應(yīng)”主要指的是什么？A.不同類型超新星的物理性質(zhì)存在固有差異B.星系內(nèi)部塵埃和氣體對超新星觀測的遮擋C.我們觀測到的超新星數(shù)量與星系內(nèi)實際爆發(fā)總數(shù)之間的偏差D.超新星爆發(fā)本身具有隨機(jī)性，難以精確預(yù)測3.通常情況下，與旋渦星系（Sb類型）相比，橢圓星系（E類型）觀測到的星系場（星系際空間）超新星Ia型頻率如何？A.顯著更高B.顯著更低C.差異不大D.主要爆發(fā)II型超新星，Ia型很少見4.金屬豐度（表示為[Fe/H]，即鐵元素相對于氫元素的比例與太陽的比值）與星系內(nèi)短時標(biāo)超新星（主要是Ia型）頻率之間通常呈什么關(guān)系？A.正相關(guān)，金屬豐度越高頻率越高B.負(fù)相關(guān)，金屬豐度越高頻率越低C.無明顯相關(guān)性D.金屬貧星系（[Fe/H]<-0.3）的Ia型頻率異常高5.大麥哲倫云（LMC）和小麥哲倫云（SMC）的超新星觀測頻率，特別是Ia型超新星，為我們理解什么提供了重要線索？A.高金屬豐度星系的恒星演化過程B.矮星系中低金屬豐度條件下的恒星形成和超新星爆發(fā)C.本星系群尺度上的星系動力學(xué)D.超新星遺骸的化學(xué)成分6.哪項因素是區(qū)分不同星系類型（如橢圓星系與旋渦星系）在超新星頻率分布上的一個關(guān)鍵物理指標(biāo)？A.星系的總質(zhì)量B.星系視星等C.恒星形成速率D.星系的自轉(zhuǎn)速度7.通過觀測超新星遺跡（SNR）的年齡分布來估計過去某個時期星系的超新星爆發(fā)率，這種方法主要受到哪種因素的制約？A.超新星遺跡的膨脹速度B.超新星遺跡的觀測亮度C.超新星遺跡的化學(xué)成分D.星系內(nèi)部磁場強(qiáng)度8.如果我們只觀測到特定亮度范圍（例如，較亮）的超新星，這將如何影響我們對星系整體超新星頻率的估算？A.估算出的頻率會偏高B.估算出的頻率會偏低C.對頻率的估算沒有影響D.只會影響對特定類型超新星的頻率估算9.“紅外超新星”（IRSN）的發(fā)現(xiàn)對超新星頻率統(tǒng)計的主要貢獻(xiàn)是什么？A.揭示了超新星在紅外波段有更強(qiáng)的輻射B.允許我們探測到在光學(xué)波段被星系塵埃遮擋的超新星，從而減少觀測選擇效應(yīng)C.表明大部分超新星爆發(fā)發(fā)生在紅外星系中D.發(fā)現(xiàn)了一種全新的超新星類型10.在一個簡單的模型中，星系在某個時期的超新星爆發(fā)率與其當(dāng)時的恒星形成速率（SFR）之間通常被認(rèn)為存在怎樣的關(guān)系？A.反比關(guān)系，SFR高則爆發(fā)率低B.正比關(guān)系，SFR高則爆發(fā)率高C.平方關(guān)系，SFR高則爆發(fā)率平方倍增長D.無直接關(guān)系二、填空題1.超新星Ia型爆發(fā)通常被認(rèn)為是__________恒星envelope在白矮星上積累達(dá)到極限后發(fā)生的劇烈爆炸。2.影響星系內(nèi)超新星頻率分布的幾個關(guān)鍵固有因素包括：星系類型、__________和恒星形成歷史。3.觀測選擇效應(yīng)是指由于觀測條件的限制，如__________距離限制和觀測波段選擇，導(dǎo)致我們觀測到的超新星頻率與星系內(nèi)真實的爆發(fā)頻率之間存在偏差。4.比較旋渦星系和橢圓星系，通常發(fā)現(xiàn)前者的超新星II型頻率__________，而后者的超新星Ia型頻率相對__________。5.利用大麥哲倫云和小麥哲倫云等近鄰矮星系作為“實驗室”，有助于我們研究在__________條件下的恒星形成和超新星爆發(fā)過程。三、簡答題1.簡述觀測到的星系內(nèi)超新星頻率分布如何受到“觀測選擇效應(yīng)”的影響。請列舉至少兩種具體的選擇效應(yīng)。2.解釋為什么恒星形成速率（SFR）是影響星系內(nèi)超新星（特別是短時標(biāo)超新星）頻率的一個關(guān)鍵因素。3.簡要說明通過分析超新星遺跡的年齡分布來反推星系歷史超新星爆發(fā)率的方法的基本原理及其面臨的主要挑戰(zhàn)。四、計算題假設(shè)有一個星系，其半徑為50kpc，觀測發(fā)現(xiàn)其中央?yún)^(qū)域（半徑小于5kpc）在過去100年內(nèi)觀測到了3顆超新星（均為Ia型）。已知觀測選擇效應(yīng)表明，只有發(fā)生在離我們距離小于某個臨界值的超新星才能被可靠探測到。對于該星系，如果認(rèn)為其觀測到的Ia型超新星數(shù)量大致反映了該星系中央?yún)^(qū)域內(nèi)真實爆發(fā)數(shù)量的10%。1.基于上述信息，估算該星系中央?yún)^(qū)域（半徑<5kpc）在過去100年內(nèi)的真實超新星Ia型爆發(fā)總數(shù)（用N表示）。（5分）2.估算該星系中央?yún)^(qū)域（半徑<5kpc）的平均超新星Ia型爆發(fā)率（即每100年每立方千帕的爆發(fā)數(shù)量，假設(shè)該區(qū)域體積約為(4/3)π(5kpc)3）。（10分）試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.A5.B6.C7.A8.B9.B10.B二、填空題1.碳氧2.金屬豐度3.光度（或視星等）4.更高/更高5.金屬貧三、簡答題1.解析思路：首先指出觀測選擇效應(yīng)會導(dǎo)致觀測頻率與真實頻率不符。然后列舉具體效應(yīng)，如光度距離限制（只有足夠亮的超新星才能被看到）、方向限制（被塵埃遮擋的超新星看不到）、時間限制（超新星遺跡隨時間變暗，最終不可見）、波段限制（只有特定波段的超新星能被探測儀器接收）等。選擇其中兩種即可。2.解析思路：說明恒星形成是產(chǎn)生大質(zhì)量恒星的場所，而大質(zhì)量恒星是超新星的progenitors（前身星）。指出恒星形成速率決定了單位時間內(nèi)產(chǎn)生的新生大質(zhì)量恒星的數(shù)目，因此直接決定了單位時間內(nèi)潛在的爆發(fā)超新星的數(shù)量，即爆發(fā)率。強(qiáng)調(diào)這是短時標(biāo)超新星（如Ia型，與白矮星積累有關(guān)）的主要貢獻(xiàn)者。3.解析思路：說明基本原理是利用觀測到的超新星遺跡的年齡（通過測量其膨脹速度和當(dāng)前大小來估算）來反推在對應(yīng)時間點（遺跡形成時）的超新星爆發(fā)率。挑戰(zhàn)在于：a)需要知道準(zhǔn)確的膨脹速度模型；b)需要考慮超新星遺跡的相互作用和合并；c)需要扣除星際介質(zhì)對膨脹的抑制作用；d)需要考慮不同類型超新星遺跡演化模式的差異。四、計算題1.N=3/0.1=30。解析思路：題目說明觀測到的3顆是真實總數(shù)（N）的10%，即觀測數(shù)=真實數(shù)*10%。求解真實數(shù)N。2.平均爆發(fā)率=N/(體積*時間)=30/[(4/3)π(5kpc)3*100yr]=30/[(4/3)π(125kpc3)*100yr]=30/(500πkpc3*yr)≈0.019/(k