2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——星系演化的宇宙之線考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.根據(jù)當(dāng)前主流的星系形成理論，星系形成的“種子”通常被認為是？A.大尺度結(jié)構(gòu)中的引力不穩(wěn)定性B.碰撞的星云云塊C.恒星團直接坍縮D.恒星的引力擾動2.暗物質(zhì)暈在星系形成和演化過程中扮演的關(guān)鍵角色是？A.提供主要的恒星形成物質(zhì)B.負責(zé)星系內(nèi)的恒星動力穩(wěn)定C.通過引力作用束縛可見物質(zhì)，決定星系的質(zhì)量和尺度D.主要通過輻射冷卻影響星系核區(qū)域3.旋渦星系和橢圓星系在顏色、星族構(gòu)成和恒星形成活動方面的主要區(qū)別在于？A.旋渦星系比橢圓星系更大B.橢圓星系普遍比旋渦星系更藍，包含更多年輕恒星，恒星形成更活躍C.旋渦星系擁有明顯的旋臂結(jié)構(gòu)，而橢圓星系則通常光滑D.旋渦星系含有大量氣體，而橢圓星系則幾乎沒有4.“星系風(fēng)”現(xiàn)象主要是由什么驅(qū)動的？A.核心超大質(zhì)量黑洞的輻射壓力B.星系內(nèi)部恒星碰撞產(chǎn)生的熱能C.恒星形成區(qū)域的高能粒子爆發(fā)（如超新星爆發(fā)）D.星系與星系群環(huán)境的引力潮汐力5.下列哪種天體通常被認為是活動星系核（AGN）的核心引擎？A.一個密集的星團B.一個正在快速形成的年輕星系C.一個位于星系中心的超大質(zhì)量黑洞D.一片巨大的星系際氣體云6.在研究星系演化歷史時，利用造父變星作為標準燭光的主要優(yōu)勢在于？A.它們分布在整個宇宙中B.它們的絕對星等非常穩(wěn)定，且與距離成正比關(guān)系C.它們的周期與亮度高度相關(guān)，可用于精確測距D.它們非常明亮，易于在早期宇宙中被觀測到7.星系合并過程中，通常會導(dǎo)致哪種星系類型形成？A.不規(guī)則星系B.旋渦星系C.大尺度橢圓星系D.球狀星團8.如果觀測發(fā)現(xiàn)一個星系的光譜顯示出強烈的發(fā)射線，且紅移較小，這表明該星系可能具有以下哪種特征？A.主要由年老紅巨星組成，處于星系演化晚期B.正在經(jīng)歷劇烈的恒星形成活動，內(nèi)部可能有超新星爆發(fā)C.是一個遙遠的、由暗物質(zhì)主導(dǎo)的暗星系D.正在快速通過星系群的中心，受到劇烈擾動9.恒星形成效率（Σ形成）指的是什么？A.單位時間內(nèi)形成恒星的氣體質(zhì)量B.恒星形成速率與星系總氣體質(zhì)量之比C.恒星總質(zhì)量與星系總質(zhì)量之比D.恒星壽命與其形成時間的比值10.關(guān)于暗能量對星系演化可能產(chǎn)生的影響，以下哪種說法是正確的？A.暗能量會加速星系內(nèi)部的恒星形成B.暗能量主要影響星系核內(nèi)超大質(zhì)量黑洞的生長速率C.暗能量的斥力會減緩星系間的合并過程D.暗能量導(dǎo)致宇宙加速膨脹，使得星系在宇宙尺度上相互分離的速度越來越快二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.大尺度結(jié)構(gòu)的形成被認為是宇宙中最早出現(xiàn)的宇宙學(xué)觀測現(xiàn)象之一，它主要由___________物質(zhì)主導(dǎo)。2.活動星系核（AGN）的能量主要來源于其中心超大質(zhì)量黑洞周圍的___________盤的極端過程。3.根據(jù)星系形態(tài)分類，旋渦星系通常具有明顯的___________和旋臂結(jié)構(gòu)，而橢圓星系則通常呈現(xiàn)為光滑的橢球狀。4.恒星形成的過程伴隨著能量的釋放，其中超新星爆發(fā)和___________是兩種重要的能量輸出和反饋機制，它們可以影響星系內(nèi)的氣體成分和恒星形成速率。5.利用星系的紅移（z）和觀測到的視星等，可以通過___________關(guān)系推算出星系的距離。6.星系合并不僅會改變星系的整體形態(tài)，還會顯著影響其內(nèi)部的___________分布，例如可能導(dǎo)致核球的形成和中心超大質(zhì)量黑洞的激發(fā)。7.除了觀測星系的光度隨時間的變化，研究星系光譜中的___________信息也是理解其組成和演化歷史的重要途徑。8.在討論星系演化時，“反饋機制”通常指恒星形成活動及其伴生的各種過程（如___________）對星系自身和環(huán)境的物理狀態(tài)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)效應(yīng)。9.造父變星的測距能力主要基于其周期-絕對星等關(guān)系，這一關(guān)系被稱為___________。10.星系際介質(zhì)（IGM）的金屬豐度隨星系紅移的增加而降低，這一現(xiàn)象被稱為___________。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述暗物質(zhì)在星系形成過程中可能起到的關(guān)鍵作用。2.比較旋渦星系和橢圓星系在主要結(jié)構(gòu)特征、星族構(gòu)成和恒星形成活動方面的顯著差異。3.什么是星系相互作用？它對星系的結(jié)構(gòu)和演化可能產(chǎn)生哪些主要影響？4.解釋什么是“標準燭光”在宇宙學(xué)觀測中的應(yīng)用，并舉例說明一種常用的標準燭光。四、論述題（每題10分，共30分）1.詳細闡述超大質(zhì)量黑洞與星系演化之間可能存在的雙向反饋關(guān)系。2.結(jié)合觀測證據(jù)，論述星系合并和相互作用在塑造星系形態(tài)（如從旋渦星系變?yōu)闄E圓星系）和性質(zhì)（如改變恒星形成率）方面的重要性。3.討論當(dāng)前天文學(xué)研究星系演化所面臨的主要挑戰(zhàn)，以及為了克服這些挑戰(zhàn)天文學(xué)家正在采用或計劃采用哪些觀測手段和研究策略（例如多信使天文學(xué)）。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.C5.C6.C7.C8.B9.B10.D二、填空題1.暗物質(zhì)2.磁3.核球4.星系風(fēng)5.光度距離6.質(zhì)量7.元素豐度（或化學(xué)成分）8.星系風(fēng)9.造父變星曲線（或Hertzsprung-Russelldiagram的變星部分）10.金屬豐度演化（或豐度階梯）三、簡答題1.解析思路：首先指出暗物質(zhì)在星系質(zhì)量構(gòu)成中的主導(dǎo)地位。然后解釋引力作用：暗物質(zhì)暈提供的巨大引力勢阱是吸引和束縛可見物質(zhì)（氣體、形成恒星的塵埃等）形成星系的前提。最后說明其對星系初始形態(tài)和演化的影響：暗物質(zhì)暈的質(zhì)量和分布直接決定了星系的總質(zhì)量、尺度，并影響早期恒星形成速率和星系的整體動力學(xué)演化。2.解析思路：分別描述兩種星系的主要結(jié)構(gòu)：旋渦星系有明顯的核球、盤、旋臂結(jié)構(gòu)，通常呈透鏡狀或螺旋狀；橢圓星系則無明顯結(jié)構(gòu)，呈橢球狀，表面亮度分布相對平滑。接著比較星族構(gòu)成：旋渦星系包含年輕（藍）和年老（紅）恒星，但整體偏紅；橢圓星系主要由年老恒星組成，顏色偏紅。最后對比恒星形成活動：旋渦星系有持續(xù)的、局部的恒星形成，表現(xiàn)為旋臂；橢圓星系恒星形成活動基本停止或極少。3.解析思路：定義星系相互作用為兩個或多個星系在引力作用下相互靠近甚至碰撞的過程。主要影響可以從結(jié)構(gòu)和動力學(xué)兩方面闡述：結(jié)構(gòu)上，相互作用可能導(dǎo)致星系形態(tài)改變（如旋渦星系被破壞變成橢圓星系）、產(chǎn)生潮汐尾、觸發(fā)新的恒星形成爆發(fā)；動力學(xué)上，可能改變星系內(nèi)的恒星和氣體分布，加速恒星運動，甚至合并成一個更大的星系。4.解析思路：首先解釋標準燭光的概念：指具有已知且高度穩(wěn)定的絕對星等的物體，通過測量其視星等和已知絕對星等可以精確計算其距離。強調(diào)其在宇宙學(xué)中的應(yīng)用在于能夠?qū)⒂^測推向更遙遠的距離，從而研究宇宙的膨脹歷史和結(jié)構(gòu)。舉例時，選擇一種具體的標準燭光，如Ia型超新星，并簡述其亮度一致性（由白矮星爆炸形成，過程確定性高）及其在測量哈勃常數(shù)和暗能量方面的作用。四、論述題1.解析思路：闡述雙向反饋關(guān)系。首先是“星系驅(qū)動反饋”：星系內(nèi)部活動（如恒星形成區(qū)超新星爆發(fā)、星系風(fēng)）產(chǎn)生的高能粒子或物質(zhì)流出，能量足以克服引力束縛，將氣體吹出星系盤，或改變氣體密度和溫度，從而抑制或加速局部的恒星形成。其次是“黑洞反饋”：中心超大質(zhì)量黑洞吸積物質(zhì)形成吸積盤，釋放巨大能量（輻射、噴流），這些能量可以加熱周圍氣體，阻止氣體落入黑洞，形成“颶風(fēng)效應(yīng)”，進而調(diào)節(jié)星系的整體恒星形成速率。同時也要討論兩者相互影響，例如星系環(huán)境壓力可能影響黑洞吸積率，反之黑洞活動也可能改變星系環(huán)境。2.解析思路：從觀測證據(jù)入手：通過紅移巡天觀測到大量星系成對或成群存在，以及星系形態(tài)的梯度（例如在星系團中心更容易找到橢圓星系）。分析相互作用機制：引力擾動導(dǎo)致恒星和氣體的軌道改變，氣體云碰撞壓縮觸發(fā)恒星形成爆發(fā)，核球物質(zhì)被拋出形成潮汐尾或星流。闡述具體影響：合并過程導(dǎo)致星系質(zhì)量增加、中心密度增大，形態(tài)上旋渦結(jié)構(gòu)被破壞，逐漸融合成更大的橢圓星系；相互作用和合并顯著提高了恒星形成率，然后可能因反饋效應(yīng)而衰減；中心超大質(zhì)量黑洞在合并過程中可能被注入更多物質(zhì)而快速增長。3.解析思路：列舉主要挑戰(zhàn)：觀測上的困難（如區(qū)分星系自身演化與環(huán)境影響的貢獻、觀測早期宇宙星系的限制）、理論模型的不完善（如恒星形成效率理論、暗物質(zhì)性質(zhì)和分布）、多物理場耦合的復(fù)雜性（引力、輻射、氣體動力學(xué)、化學(xué)演化等）。針對挑戰(zhàn)提出應(yīng)對策略：多信使