2025年大学《天文学》专业题库- 星系内超新星的频率分布

2025年大学《天文学》专业题库——星系内超新星的频率分布考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.下列哪种类型的超新星主要由大质量恒星（初始质量大于8-10倍太阳质量）的引力坍缩爆发形成？A.超新星IaB.超新星Ib/cC.超新星IID.中子星2.在讨论星系内超新星频率分布时，“观测选择效应”主要指的是什么？A.不同类型超新星的物理性质存在固有差异B.星系内部尘埃和气体对超新星观测的遮挡C.我们观测到的超新星数量与星系内实际爆发总数之间的偏差D.超新星爆发本身具有随机性，难以精确预测3.通常情况下，与旋涡星系（Sb类型）相比，椭圆星系（E类型）观测到的星系场（星系际空间）超新星Ia型频率如何？A.显著更高B.显著更低C.差异不大D.主要爆发II型超新星，Ia型很少见4.金属丰度（表示为[Fe/H]，即铁元素相对于氢元素的比例与太阳的比值）与星系内短时标超新星（主要是Ia型）频率之间通常呈什么关系？A.正相关，金属丰度越高频率越高B.负相关，金属丰度越高频率越低C.无明显相关性D.金属贫星系（[Fe/H]<-0.3）的Ia型频率异常高5.大麦哲伦云（LMC）和小麦哲伦云（SMC）的超新星观测频率，特别是Ia型超新星，为我们理解什么提供了重要线索？A.高金属丰度星系的恒星演化过程B.矮星系中低金属丰度条件下的恒星形成和超新星爆发C.本星系群尺度上的星系动力学D.超新星遗骸的化学成分6.哪项因素是区分不同星系类型（如椭圆星系与旋涡星系）在超新星频率分布上的一个关键物理指标？A.星系的总质量B.星系视星等C.恒星形成速率D.星系的自转速度7.通过观测超新星遗迹（SNR）的年龄分布来估计过去某个时期星系的超新星爆发率，这种方法主要受到哪种因素的制约？A.超新星遗迹的膨胀速度B.超新星遗迹的观测亮度C.超新星遗迹的化学成分D.星系内部磁场强度8.如果我们只观测到特定亮度范围（例如，较亮）的超新星，这将如何影响我们对星系整体超新星频率的估算？A.估算出的频率会偏高B.估算出的频率会偏低C.对频率的估算没有影响D.只会影响对特定类型超新星的频率估算9.“红外超新星”（IRSN）的发现对超新星频率统计的主要贡献是什么？A.揭示了超新星在红外波段有更强的辐射B.允许我们探测到在光学波段被星系尘埃遮挡的超新星，从而减少观测选择效应C.表明大部分超新星爆发发生在红外星系中D.发现了一种全新的超新星类型10.在一个简单的模型中，星系在某个时期的超新星爆发率与其当时的恒星形成速率（SFR）之间通常被认为存在怎样的关系？A.反比关系，SFR高则爆发率低B.正比关系，SFR高则爆发率高C.平方关系，SFR高则爆发率平方倍增长D.无直接关系二、填空题1.超新星Ia型爆发通常被认为是__________恒星envelope在白矮星上积累达到极限后发生的剧烈爆炸。2.影响星系内超新星频率分布的几个关键固有因素包括：星系类型、__________和恒星形成历史。3.观测选择效应是指由于观测条件的限制，如__________距离限制和观测波段选择，导致我们观测到的超新星频率与星系内真实的爆发频率之间存在偏差。4.比较旋涡星系和椭圆星系，通常发现前者的超新星II型频率__________，而后者的超新星Ia型频率相对__________。5.利用大麦哲伦云和小麦哲伦云等近邻矮星系作为“实验室”，有助于我们研究在__________条件下的恒星形成和超新星爆发过程。三、简答题1.简述观测到的星系内超新星频率分布如何受到“观测选择效应”的影响。请列举至少两种具体的选择效应。2.解释为什么恒星形成速率（SFR）是影响星系内超新星（特别是短时标超新星）频率的一个关键因素。3.简要说明通过分析超新星遗迹的年龄分布来反推星系历史超新星爆发率的方法的基本原理及其面临的主要挑战。四、计算题假设有一个星系，其半径为50kpc，观测发现其中央区域（半径小于5kpc）在过去100年内观测到了3颗超新星（均为Ia型）。已知观测选择效应表明，只有发生在离我们距离小于某个临界值的超新星才能被可靠探测到。对于该星系，如果认为其观测到的Ia型超新星数量大致反映了该星系中央区域内真实爆发数量的10%。1.基于上述信息，估算该星系中央区域（半径<5kpc）在过去100年内的真实超新星Ia型爆发总数（用N表示）。（5分）2.估算该星系中央区域（半径<5kpc）的平均超新星Ia型爆发率（即每100年每立方千帕的爆发数量，假设该区域体积约为(4/3)π(5kpc)³）。（10分）试卷答案一、选择题1.C2.C3.B4.A5.B6.C7.A8.B9.B10.B二、填空题1.碳氧2.金属丰度3.光度（或视星等）4.更高/更高5.金属贫三、简答题1.解析思路：首先指出观测选择效应会导致观测频率与真实频率不符。然后列举具体效应，如光度距离限制（只有足够亮的超新星才能被看到）、方向限制（被尘埃遮挡的超新星看不到）、时间限制（超新星遗迹随时间变暗，最终不可见）、波段限制（只有特定波段的超新星能被探测仪器接收）等。选择其中两种即可。2.解析思路：说明恒星形成是产生大质量恒星的场所，而大质量恒星是超新星的progenitors（前身星）。指出恒星形成速率决定了单位时间内产生的新生大质量恒星的数目，因此直接决定了单位时间内潜在的爆发超新星的数量，即爆发率。强调这是短时标超新星（如Ia型，与白矮星积累有关）的主要贡献者。3.解析思路：说明基本原理是利用观测到的超新星遗迹的年龄（通过测量其膨胀速度和当前大小来估算）来反推在对应时间点（遗迹形成时）的超新星爆发率。挑战在于：a)需要知道准确的膨胀速度模型；b)需要考虑超新星遗迹的相互作用和合并；c)需要扣除星际介质对膨胀的抑制作用；d)需要考虑不同类型超新星遗迹演化模式的差异。四、计算题1.N=3/0.1=30。解析思路：题目说明观测到的3颗是真实总数（N）的10%，即观测数=真实数*10%。求解真实数N。2.平均爆发率=N/(体积*时间)=30/[(4/3)π(5kpc)³*100yr]=30/[(4/3)π(125kpc³)*100yr]=30/(500πkpc³*yr)≈0.019/(k