CCST星系图像分解项目介绍

CSST课堂
csst_summer_school_lecture_20220726

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1 项目简介

巡天空间望远镜，英文名 China Space Station Telescope (CSST)，是中国载人航天工程规划建设的大型空间天文望远镜，口径2米，兼具大视场和高像质的优异性能，并具备在轨维护升级的能力。巡天空间望远镜的后端天文模块包括：多色成像和无缝光谱巡天模块、多通道成像仪、积分视场光谱仪、系外行星成像星冕仪、高灵敏度太赫兹模块。巡天空间望远镜以大规模天文巡天为主任务，致力于成为一个面向国际开放的、先进的且专门服务于天文学及物理学研究的空间天文台。

星系和活动星系核

星系是构成可见宇宙的基本单元。星系的形成演化是现代天文学的核心研究内容之一。利用CSST大天区巡天和超深场观测提供的丰富数据研究星系和活动星系核／大质量黑洞的各种性质及演化规律，是CSST科学研究的重要领域。

一、星系的形态结构及其演化

实现星系形态的快速自动分类，研究星系中心结构及不同成分、不同类型星系结构随红移的演化规律；研究活动星系核寄主星系的结构分解和形态，星系结构形态与其他波段物理特性的联系，低红移矮星系结构与形态，星系外围区域结构形态特征；理解星系结构演化的物理机制。

二、星系演化及对环境的依赖

搜寻星系团和星系群及大尺度空洞；研究星系和星系星族的物理性质和统计性质（光度函数、质量函数等）、恒星形成峰值后期关键物理过程、强发射线星系和特殊星系、不同尺度环境对星系的影响，星系气体和星系性质以及与环境的关联。

三、高红移星系和宇宙再电离

建立高红移莱曼截断星系（LBG）和莱曼发射线星系（LAE）观测样本；研究高红移星系的形成、演化、物理性质和星族成分；利用高红移星系研究宇宙再电离和再电离中后期星系的大尺度环境。

四、活动星系与超大质量黑洞

构建活动星系核与类星体大样本；研究星系与大质量黑洞的协同演化，活动星系核与类星体的结构、能谱分布、光变及辐射机制，类星体寄主星系中的核反馈与恒星形成，活动星系核与类星体的统计性质及宇宙学演化，研究特殊类型的活动星系核与类星体。

2 星系与活动星系核图像的成分分解

引言

星系成分分解是一种星系图像建模 (Modeling)方法。利用包含多个成分 (Multiple Components)的图像模型更好地描述观测到的星系流量分布 (Flux Distribution)信息，以期更准确地测量星系性质 (Extract Information)、理解背后物理规律 (Gain Insight) 的方法。

星系图像的成分分解

1.更好的测光: 成分分解提供了一个描述星系图像细节的模板

使我们有机会更精确地描述一个星系的面亮度分布，类星体或活动星系核宿主星系的测光。

2.参数化描述星系结构:提供一个定量理解星系多样形态的框架

3.星系形成中的复杂物理过程塑造了星系中的各种结构

仅仅知道“星系长什么样子？”是不够的，星系形成演化研究要回答的问题是：“星系为什么长这个样子？”

• 研究范式：对特定成分进行建模和测光、结构信息提取；构建结构性质间、以及与其他基本性质的标度关系；以红移、环境等基础性质作为变量讨论背景物理过程；结合模型、模拟，通过比较理解具体物理过程。
• 更准确的图像分解研究能加深我们对星系演化的理解

为什么我们需要测光图像成分分解？
1.对物理机制：图像分解是基于观测进行探索的“瑞士军刀”
2.对星系族群：图像分解提供了星系结构定量的归纳与分类
3.对单个星系：图像分解提供了准确、精细的测光模型

3 图像分解的基本原则与限制

1. 首先明确你的科学目标，永远用科学目标来指导图像分解工作
2. Devils are in the Details! 细节决定成败
3. 不要轻信拟合结果！拟合完成的时刻工作才刚刚开始
4. 要充分理解图像分解方法的局限和不足

星系图像建模是一个快速发展的领域；CSST也是一个面向未来的天文项目。值得关注的几个发展方向：

1.多波段、多目标、多类型图像的同时拟合日益常规化
2.图像 + 运动学 + 星族的联合成分分解已成为可能
3.结合了现代优化算法的非参数图像拟合展示出了很好的潜力
4.统计学习乃至人工智能的应用正在被积极探索