1、星系形成和演化是現(xiàn)代天文學(xué)非常重要但又復(fù)雜的一個(gè)研究領(lǐng)域。本論文利用自主觀測(cè)數(shù)據(jù)和天文歸檔數(shù)據(jù)開(kāi)展了星系恒星形成歷史、星系質(zhì)量-金屬豐度關(guān)系隨紅移演化和星系結(jié)構(gòu)演化等三個(gè)方面的研究。
　　論文的第一部分研究的是星系恒星形成歷史中非常重要的一個(gè)階段，恒星形成熄滅過(guò)程的時(shí)標(biāo)和速率。前人的工作表明宇宙的恒星形成密度從紅移2開(kāi)始下降。部分原因是恒星形成星系本身恒星形成率的緩慢下降，另外也由于部分恒星形成星系中的恒星形成活動(dòng)熄滅造成。相比宇

2、宙恒星形成歷史，人們對(duì)星系恒星形成歷史，特別是恒星形成熄滅的相關(guān)性質(zhì)了解很少。例如，熄滅的時(shí)標(biāo)是多長(zhǎng)？多大比例的星系會(huì)經(jīng)歷這一過(guò)程？由于NUV的輻射由大質(zhì)量恒星主導(dǎo)，因而是很好的近期恒星形成活動(dòng)的指針，對(duì)快速的熄滅過(guò)程也比較敏感。因此，為了解答這些問(wèn)題，我們結(jié)合紫外和光學(xué)圖像巡天數(shù)據(jù)，利用星族合成模型來(lái)分析星系在NUV-u和u-i雙色圖中的分布。結(jié)果顯示，熄滅階段的時(shí)標(biāo)為0.5 Gyr時(shí)模型和數(shù)據(jù)符合得最好。并且，從統(tǒng)計(jì)上來(lái)說(shuō)，大部分星

3、系熄滅的時(shí)標(biāo)范圍處在0.2-1 Gyr之間。另外，通過(guò)分析星系在NUV-u顏色空間的數(shù)密度分布，我們發(fā)現(xiàn)星系的熄滅速率在19％/Gyr-33％/Gyr之間。質(zhì)量越高的星系熄滅速率也越高。
　　論文的第二部分研究了星系的質(zhì)量-金屬豐度(MZ)關(guān)系。利用SDSS等數(shù)據(jù)，前人的研究工作發(fā)現(xiàn)紅移z～0.1的較大質(zhì)量的星系的質(zhì)量和金屬豐度有著很好的相關(guān)性，即MZ關(guān)系。MZ關(guān)系如何隨紅移演化？小質(zhì)量星系的MZ關(guān)系是否與大質(zhì)量星系一樣？星系MZ

4、關(guān)系存在彌散，彌散的物理起因是什么？為了研究這些問(wèn)題，我們開(kāi)展了兩個(gè)方面的工作。由于受到高紅移星系光譜觀測(cè)的困難，以前關(guān)于高紅移星系MZ關(guān)系的研究主要利用較小的樣本，結(jié)果誤差較大，并主要集中在高光度（質(zhì)量）星系。為了克服這一困難，利用Hα光度和面亮度，我們構(gòu)建了一個(gè)包括近鄰宇宙700多個(gè)星系的萊曼躍變類似天體(Lyman BreakAnalogues，LBAs)樣本，開(kāi)展了對(duì)這些星系的MZ關(guān)系研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)LBAs的MZ關(guān)系和紅移z=1

5、.4-1.7的星系相似，同時(shí)我們的工作將高紅移星系的MZ關(guān)系推到了更低質(zhì)量區(qū)間。研究還發(fā)現(xiàn)高紅移大質(zhì)量星系的MZ關(guān)系和低紅移星系相似，而高紅移小質(zhì)量星系的MZ關(guān)系與低紅移存在明顯的區(qū)別，同樣質(zhì)量時(shí)高紅移星系的金屬豐度低，該結(jié)果支持星系演化的downsizing效應(yīng)。利用我們的LBA樣本，我們還研究了星系MZ關(guān)系彌散的起因，研究發(fā)現(xiàn)恒星形成率、塵埃消光和氣體質(zhì)量比不是導(dǎo)致MZ關(guān)系彌散的主要原因，而星系年齡，Dn(4000)，是引起MZ關(guān)系

6、彌散的重要原因。
　　為了研究低質(zhì)量星系的MZ關(guān)系隨紅移演化，利用COSMOS數(shù)據(jù)我們選取了一個(gè)z＜0.7的藍(lán)致密矮星系(Blue compact Dwarf galaxies，BCD)樣本。通過(guò)申請(qǐng)MMT望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)時(shí)間，利用MMT/Hectospec獲得了74個(gè)高質(zhì)量的紅移在[0.2，0.5]之間的藍(lán)致密矮星系光譜樣本。同時(shí)利用SDSS數(shù)據(jù)，我們構(gòu)建了一個(gè)低紅移藍(lán)致密矮星系的樣本。對(duì)比兩個(gè)紅移不同的BCD樣本，我們發(fā)現(xiàn)低質(zhì)量星系

7、的R23線比在中等紅移更高而O32線比沒(méi)有明顯區(qū)別。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，低質(zhì)量星系的金屬豐度的紅移演化比較微弱。
　　論文的第三部分研究了矮星系的結(jié)構(gòu)演化。基于深度的近紅外圖像數(shù)據(jù)，人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)致密矮星系有年老星族的成分。作為宇宙中金屬豐度最低的星系，藍(lán)致密矮星系和其他矮星系的結(jié)構(gòu)是否一致是不同矮星系之間演化關(guān)系是否存在的重要證據(jù)。由于近紅外輻射由年老星族主導(dǎo)，研究矮星系年老星族的結(jié)構(gòu)需要極深的近紅外圖像數(shù)據(jù)。利用CANDELS巡天提

8、供的深場(chǎng)近紅外圖像數(shù)據(jù)，我們研究了34個(gè)藍(lán)致密矮星系樣本的年老星族結(jié)構(gòu)。從HST的光學(xué)F435W和近紅外F160W圖像出發(fā)，抽取了樣本星系的面亮度分布，并用Sérsic成分?jǐn)M合。其中F160W波段的面亮度達(dá)到～26 mag arcsec-2，是迄今藍(lán)致密矮星系最深的近紅外圖像。研究結(jié)果表明，在近紅外波段，藍(lán)致密矮星系的底盤結(jié)構(gòu)和早型矮星系結(jié)構(gòu)非常一致。所有的矮星系似乎遵循著共同的光度-半徑關(guān)系，說(shuō)明不同矮星系的結(jié)構(gòu)演化是統(tǒng)一的，并且從藍(lán)