基于相关子空间的双峰发射线光谱特征提取与分析

低分辨率天体光谱中呈现的双峰发射线轮廓可能反映着比较珍稀的物理现象,如双活动星系核（AGNs）、双超大质量黑洞（SMBH）、喷流云与窄线区的相互作用,也可能是光谱处理过程产生的低质量特征线。双峰发射线轮廓一般由2个或2个以上的波峰构成,对该特征进行提取并分析,可作为双AGN、星系对、双黑洞等稀有天体更有效的搜寻依据,从而有助于更深入地研究星系乃至宇宙的形成与演化。提出一种新的基于相关子空间的双峰发射线特征提取与分析方法,主要工作分为以下三部分：首先利用稀疏差异因子δ度量双峰发射线光谱中属性差异程度,利用KNN方法约束参与稀疏差异因子计算的光谱范围,在此基础上,针对LAMOST低分辨率光谱给出基于相关子空间的特征提取方法;其次,为了验证稀疏差异因子σ以及KNN的输入参数k对双峰发射线光谱的适应性,选择LAMOST双峰发射线光谱样本及普通星系光谱数据,红移范围z<0.3（确保Hα,Hβ,[OⅢ]λλ4 959, 5 007,[NⅡ]λλ6 548, 6 584,[SⅡ]λλ6 717, 6 731等发射线落在LAMOST波长覆盖范围）,获得训练集光谱总数332+332（正负样本）条,并借助人眼检查分析该方法中的两个参数：k和δ阈值α对结果的影响,实验表明,当k=18,α=0.6时,相关属性分布较密集且稀疏点较少,结果比较理想;最后,对332条双峰发射线光谱特征子空间所在的波长区间、双峰红/蓝移间隔、双峰线强比等进行了理论分析、测量及人眼认证的基础上,给出了基于相关子空间的双峰发射线特征表述。此外,从双峰特征子空间上不同的发射线激发机制（[OⅢ]/[NⅡ]/[SⅡ]等禁线、Hα、Hβ等氢线）及相关特征子空间上线强关系等角度,对样本中双峰轮廓进行了分析。     

LAMOST类星体[OIII]线附近天光背景扣除

扣除天光背景的好坏是影响谱线信噪比很重要的因素,同时由于天光光纤数量有限以及光谱仪漂移等多方面因素的影响导致减天光是光纤光谱数据处理中公认的难点。目前已有的减天光方法主要是针对全谱的天光成分扣除,没有关注在特殊谱线位置上的局部天光情况,尤其是低红移类星体非常重要的[OIII]线附近的天光背景。探索了一种局部精细的天光背景扣除方法,解决了类星体中Hβ-[OIII]的宽线经常受到减天光精度干扰的问题。利用LAMOST减天光前的原始流量以及相对流量改正数据,根据同一观测天区的超级天光光谱对背景进行扣除。实验结果表明,在不同红移类星体中,该方法减天光后Hβ-[OIII]区间的光谱质量相对于原始LAMOST光谱批处理程序都有了明显的提高,这更有利于后续的谱线分析,同时为少部分LAMOST光谱批处理程序没处理好的特殊光谱提供了补充的解决方法。该方法目前已应用于搜寻双峰活动星系核候选体的预处理中。     

一种新的活动星系光谱红移自动测量方法

星系红移的自动测量对进行大样本天文学研究如宇宙学大尺度结构研究具有重要意义。星系一般分为正常星系和活动星系两种,活动星系光谱一般具有较明显的发射线特征。文章提出了一种不用精确提取谱线而快速测量活动星系光谱红移的方法。该方法包括步骤：(1)对待测光谱进行去噪;(2)利用小波变换提取低频成分光谱,并用去噪后光谱减去低频谱得到残差谱;(3)计算残差谱的均方差,并保留大于阈值的波长集合(4)根据标准谱线表计算所有候选红移;(5)利用Parzen窗估计方法计算红移密度最大点,并在邻域内求均值确定最终红移。对模拟数据和SDSS DR7部分实测数据的测试表明,该方法是鲁棒的并且具有较高的红移测量正确率。     

基于相似性度量的星系光谱红移估计

光谱的自动分析对大规模的光谱巡天有着非常重要的意义。文章提出了一种基于相似性度量的星系光谱红移测量方法。方法中采用主分量分析构造星系光谱的静止模板,利用谱线特征确定观测光谱的红移候选,然后根据红移候选进行观测光谱与模板光谱间的相似性度量,所采取的相似性度量策略类似于证据积累的思想,定义为几个相似证据的加权和,从而降低了观测光谱与模板光谱之间的误匹配,提高了红移估计的正确率。通过实验将所提出方法与基于谱线匹配的方法和传统的交叉相关方法进行了比较,实验结果表明：本文方法的正确率较之基于谱线匹配的方法和传统相关法有较大提高。     

海量星系光谱中的超新星候选范围自动约减

超新星是恒星世界中已知道的最剧烈的天文现象之一,但目前发现的超新星数量相比于已探测到的数百亿天体而言又是有限的,所以有必要寻找快速高效的超新星搜寻方法或辅助手段。拟在Ⅰa型超新星统计特征描述的基础上提出了一种海量星系光谱下Ⅰa型超新星候选体选择范围自动约减的方法。该方法首先对Ⅰa型超新星模板PCA分析获得特征谱,并获得每条待检星系光谱的低维超新星特征描述,然后通过引入样本的局部孤立性因子进行离群搜索,最后获得总样本数的1%作为继续搜寻证认超新星候选体选择的初始范围。实验表明该方法有效可行,这一方法在海量光谱中自动去除大量不含超新星的星系光谱,为超新星的进一步搜寻证认和后续观测提供了较可靠的候选范围,从而成为直接利用光谱巡天的海量数据获得超新星的高效途径。     

LAMOST离群光谱J140242.45+092049.8特征分析

LAMOST巡天已获取超过100 000条星系光谱,为探索珍贵、稀有的天体从而完善现有科学理论提供了重要的数据条件。研究采用基于相关子空间的离群挖掘方法,从LAMOST DR3星系光谱数据中获得的离群数据挖掘结果中,针对呈现出多种稀有特征的光谱J140242.45+092049.8进行了深入分析。首先利用特征光谱线进行红移测量并交叉SDSS同源光谱提供的红移信息,测量并证认了该光谱的两套红移系统：吸收线系统z₁=0.020 95、发射线系统z₂=0.069 5。从整体上,通过交叉现有文献及SDSS图像特征,分析了该“吸收+发射”模式的双红移系统属于透镜星系的可能性,而红移间隔Δz=0.048远大于Keel指出的双星系具有物理关系的临界0.008,意味着该目标前景与背景星系之间只是视向重叠,即视向星系对,没有相互的物理作用;对于前景星系(吸收线系统),通过测量光谱中呈现的特殊的特征线强度,分析了属于E+A星系的可能性;对于背景星系(发射线系统)光谱中呈现的双峰特征,分析了该光谱来自双峰发射线星系的可能性;此外,初步分析了该光谱中背景星系发射线强度关系异常的原因。     

基于二元PCA特征谱的星系光谱成分快速扣除

实际观测天体目标光谱如超新星和活动星系核光谱常常混有寄主星系成分,这对目标天体光谱的类别和性质证认识别会造成困难。文章提出了一种快速有效的称为二元PCA特征谱分解的星系扣除算法。该算法首先计算了星系样本模板库和超新星样本模板库各自的PCA特征光谱,然后对特征光谱组通过正交变换得到混合空间的一组标准正交基,进而利用混合光谱在该标准正交基上的分解系数计算该光谱在原特征光谱组的分解系数,获得星系超新星混合光谱的快速分解,系数计算也可通过SVD矩阵分解得到,但计算效率较低。实验表明,该方法优于常用的直接PCA投影重构分解方法,与另一种χ2模板拟合方法扣除星系成分相比,在保持分解效果基本不变的前提下,时间消耗则大大降低,从而使该方法可应用到大规模光谱数据处理中。     

窄线SeyfertⅠ型星系

本文将概述窄线SeyfertⅠ型星系 (包括具有类似性质但光度较大的类星体 )的主要观测特征、物理内涵及其理论解释和在活动星系核内部结构上的反映。窄线SeyfertⅠ型星系 (NLS1 ,以后NLS1都认为包括NLSI星系和NLS1类星体 )具有窄的允许线Hβ,它兼有Sy1和Sy2的某些特征。它具有强的FeⅡ光学线和弱的 [OⅢ ]λ5 0 0 7禁线 ,这明显不同于Sy2。在观测相关量的主成分统计分析中表明NLS1是活动星系核第一主向量表现为极端的一类。这包括 :( 1 )HβFWHM取极小 ;( 2 )FeⅡλ45 70 /Hβ 取极大 ;( 3)SⅢ ]λ1 892 /CⅢ ]λ1 90 9取极大 ,亦一定范围内宽线区电子密度取大值 ;( 4 )CⅣλ1 5 4 9线中心蓝移取极大 ;( 5 )高光度NLS1的软X射线光子数谱指数Γx 取极大 ;( 6)X射线相对流量变化方差最大等。基于以上观测结构和相应统计规律 (观测量与HβFWHM的关系 ) ,解释NLS1现象最佳的模型是高相对吸积率L/LEdd模型。NLS1比之典型宽线活动星系核具有较低的中心黑洞质量MBH。进一步 ,还发现这一模型是活动星系核主...     

一种重复观测低信噪比光谱的处理方法

目前我国LAMOST光谱巡天已发布超过760万条的天体光谱,对其中大量的低信噪比光谱的处理一直是业内公认的难题。针对天体光谱中重复观测的光谱,提出了一种新的处理方法。该方法的主要内容为：对每一组重复观测光谱,选择其红移值的差距在一定范围内的组别,然后使用一种基于信噪比加权的最优叠加方法来提高光谱的信噪比。通过对LAMOST DR4中所有重复观测光谱进行处理,证明该方法对于提高低信噪比重复观测光谱的信噪比十分有效。使7 571组恒星光谱的信噪比达到参数测量的标准,3 357组类星体和星系光谱的信噪比得到提高,平均提高率为56.38%;并且获得了43 021个双星候选体。     

正常星系光谱的一种谱线自动提取方法

正常星系的光谱是天体光谱谱线自动提取中最难处理的一种。文章针对正常星系光谱给出了一种新的谱线自动提取方法。首先,定义了两条光谱间的Max操作,Max操作的结果是生成了一条光谱,该光谱在每个波长处的强度取为在相应波长处强度较大的那一个光谱的强度;然后,通过迭代处理拟合连续谱,在每一步迭代中,先对原始光谱和前一步拟合出的连续谱进行Max操作,再对Max操作生成的光谱进行传统的连续谱拟合;最后,联合采用整体阈值处理和自适应的局部阈值处理提取谱线。实验结果表明：该方法的性能较之传统的小波方法有显著提高,这将对后续的基于谱线的光谱分类和参数测量非常有利。     

基于小波多尺度特征匹配的类星体红移测量方法

在中国正在实施的大型巡天项目(LAMOST项目)中,预计能获得105数量级的类星体光谱。文章旨在研究适用于LAMOST观测数据的类星体红移测量方法。为了克服信噪比较低的不利因素,文章采用小波变换的方法对类星体宽发射线进行特征提取,然后利用多尺度特征匹配的方法进行类星体红移测量。通过对sloan digital sky survey(SDSS) data release 2(DR2)中的15, 715条类星体光谱的实验表明,在误差为0.02的范围内所用方法的正确率达到95.13%。该方法可对相对定标的类星体光谱数据进行红移测量,符合LAMOST数据的要求,可为天文学家进行类星体和宇宙大尺度等研究提供帮助。     

自适应增强方法在光谱自动分类中的应用

针对活动星系核(AGN)光谱中发射线的不同特征,在恢复到静止系状态后的光谱上截取具有有效特征的波段范围,采用自适应增强(Adaboost)的方法,对宽线和窄线AGNs进行特征融合的分类实验,经分析,确定了以Hα和[NⅡ]发射线为主的波段为宽线和窄线AGNs光谱的主要区别特征。再单独对Hα和[NⅡ]发射线为主的波段,用自适应增强的方法对其进行光谱分类。自适应增强方法在训练过程中不断地加入“弱分类器”,直到达到某个预定的足够小的误差率或一定的循环次数,最后构成的总体分类器的分类判决由这些“弱分类器”各自的判决结果的投票来决定。此方法不需要事先调节参数,且“弱分类器”的分类结果只需好于随机猜测,算法简单。实验证明,对于单独采用以Hα和[NⅡ]发射线为主的波段,自适应增强方法能达到较好的分类效果,从而可有效地应用于大型光谱巡天所产生的活动星系核光谱的自动分类中。     

自动识别发射线恒星光谱的新方法

恒星光谱一般具有明显的吸收线或者吸收带特征,而具有发射线的恒星光谱对应着特殊类型的恒星,如激变变星、Herbig Ae/Be等。对这些光谱的后续研究有着重要的意义。本文提出了一种能够自动识别发射线恒星光谱的方法。该方法首先对光谱进行连续谱归一化,然后通过比较谱线对应的流量及其邻域流量的均值和标准差,来判断是否存在发射线。对SDSS DR8大样本数据的实验表明,该方法能够完整、准确地识别发射线恒星。而且,由于该方法不涉及复杂的变换和运算,因而识别速度非常快,可用于诸如LAMOST和SDSS这样大型光谱巡天项目中发现发射线恒星光谱。     

马氏距离度量LAMOST早型星光谱的分类研究

随着天文大数据不断积累,我国大天区多目标光纤光谱望远镜LAMOST已完成6年的大规模巡天观测,获得DR5数据集已达到900多万条光谱,其中含有观测比例较低的早型恒星光谱,具备重要的研究价值。利用准确的恒星分类模板库可提升恒星的分类精度与可靠性,由于LAMOST第一年的巡天光谱中并没有完整覆盖B型恒星包含的所有子类型,造成后续观测数据分类的子类型范围受限。依据LAMOST已发布DR5数据中B型恒星光谱为研究对象,选取ELODIE发布的B型恒星实测光谱模板库来检测LAMOST在用的分类光谱。首先完成ELODIE发布37条B型光谱模板的相关性分析,去掉相关性弱的三条光谱后,筛选出ELODIE 34条B型恒星实测模板作为中心,通过计算LAMOST DR5发布的绝大多数被标记为B6型（7 662条）和B9型（3 969条）实测光谱的马氏距离,经有监督聚类LAMOST早型恒星光谱数据,标记13个子类型在涵盖B2-B9子类的34条ELODIE光谱模板中的分布。经线性分析判别每条谱线子类型的类内距离,确保波长覆盖范围和分辨率与LAMOST数据完全一致,去掉距离数值偏差较大的数据,计算相应子类的平均谱线,得到LAMOST源于DR5观测数据早型B型恒星的13条子类型光谱分类模板,为后期完善模板提供较好的参考性。     

Radio core dominance of Fermi/LAT-detected AGNs

We present a sample of 4388 AGNs with available radio core-dominance parameters—defined as the ratio of the core flux densities to the extended ones, R = S_core/S_ext.—which includes 630 Fermi-detected AGNs from the fourth source catalog(4FGL) of the Fermi Large Area Telescope(Fermi/LAT);the rest are non-Fermi-detected AGNs. In our sample, 584 blazars are Fermi-detected and 1310 are not. The sample also contains other subclasses, such as Seyferts, Fanaroff-Riley I/II galaxies, and normal galaxies.We investigate various properties of the Fermi-detected and non-Fermi-detected AGNs by using core-dominance parameters,capitalizing on a previous study which showed that R is a good indicator of beaming. We then calculate radio spectral indices for the whole sample, and adopt γ-ray-photon indices for the Fermi AGNs from the 4FGL catalog to discuss the properties of different subclasses. We obtain a relation between the core-dominance parameters and the radio spectral indices for both Fermi and non-Fermi sources, assuming a two-component model in the radio band. Our previous study ruled out the assumption that the core-dominance parameters and radio spectral indices are quite different for different AGN subclasses. This holds not only for Fermi sources but also for non-Fermi sources. In particular, R is, on average, greater for the former AGNs than for the latter.In this study, we enlarge our sample with available values of R to 4388 AGNs, and the obtained conclusions are consistent with our previous study. We assume that the same two-component model holds for the γ-ray band as for the radio band, and therefore,adopt the same relation between the core-dominance parameters and the γ-ray-photon indices for Fermi AGNs. Our fitting results indicate that the γ-ray emissions of Fermi blazars originate mainly from the jet, and therefore, we conclude that the Fermi blazars are beamed.     

On the mean radiative efficiency of accreting massive black holes in AGNs and QSOs

Radiative efficiency is an important physical parameter that describes the fraction of accretion material converted to radiative energy for accretion onto massive black holes (MBHs). With the simplest So?tan argument, the radiative efficiency of MBHs can be estimated by matching the mass density of MBHs in the local universe to the accreted mass density by MBHs during AGN/QSO phases. In this paper, we estimate the local MBH mass density through a combination of various determinations of the correlations between the masses of MBHs and the properties of MBH host galaxies, with the distribution functions of those galaxy properties. We also estimate the total energy density radiated by AGNs and QSOs by using various AGN/QSO X-ray luminosity functions in the literature. We then obtain several hundred estimates of the mean radiative efficiency of AGNs/QSOs. Under the assumption that those estimates are independent of each other and free of systematic effects, we apply the median statistics as described by Gott et al. and find the mean radiative efficiency of AGNs/QSOs is ∈= 0.105_(0.008)~(+0.006), which is consistent with the canonical value ~0.1. Considering that about 20% Compton-thick objects may be missed from current available X-ray surveys,the true mean radiative efficiency may be actually ~0.12.