文|翎谕
编辑|翎谕
天体化学学作为一个多学科领域，仍然在探求宇宙中的各类天彰显象和化学过程，超亮红外星体（）和类恒星作为宇宙中特殊的天体，吸引了诸多天文学家的关注。
这种天体在演变过程中经历了合并、星暴和活跃星体核等多种复杂的阶段，其化学机制仍然是一个前沿研究领域。
本文将介绍怎样借助数论剖析方式，解开超亮红外星体合并和星暴的演进之谜。
演变中的超亮红外星体合并和星暴的物理解释
天体化学学研究的前沿领域之一是可观测宇宙中星系的研究，超亮红外星体（）是一类特定的星体，并在1980年代被红外天文卫星（IRAS）发觉。
随后，它们成为了多项研究的主题，是正在发生合并风波的星体：当两个或更多含有二氧化碳的盘状星体互相作用，它们渐渐丧失轨道能量和角动量，彼此碰撞，最终合并成一个更大的星体。
这个过程（称为合并）造成它们的光度降低，但是最主要的演进阶段是以星暴为主导的阶段和以AGN为主导的阶段。
在这个合并情境中，这种星体的观测到的光度降低是由两个星体的引力互相作用（后来合并）导致的。
在前合并阶段，这些互相作用重新分布了星星以及每位星体中存在的星际二氧化碳和尘埃，改变了星体的形状。
随着这一过程的发生，分子云产生并被破坏，造成星际二氧化碳和尘埃的新浓集，因而在每位星体内产生新的活跃星产生区域。
这些忽然降低的星产生速度被称为星暴主导阶段，合并情境的下一个阶段称为合并阶段，即两个星体渐渐融合为一个更大的星体的中间阶段，带有单一的星体核心。
近来的星体合并模型表明，在这个阶段，两个星体的核心之一或两个都显示出活动的降低，由于它们开始吸积物质。
星体核心中超大质量黑洞（SMBHs）的这些活动现象称为活跃星体核，AGN的激活表现为ULIRG的色温中AGN部份的降低，即总体色温中归因于AGN的比列降低。
最后，步入后合并阶段，合并的星体弄成了一个亮光的AGN，星暴活动明显升高，这是因为星体核心SMBH的反馈过程被搅乱。
因为AGN活动降低，星体风和高度相对论喷流将物质从星体核心排出，将短缺的尘埃和二氧化碳“饿死”星系的其余部份，而重新分布的星际尘埃和二氧化碳在新星产生阶段期间早已被消耗。
我们的目标是通过应用我们提出的数论剖析方式和算法来解开这个演进情境背后的数学过程。
星暴星体与经历AGN主导阶段的星体显示出不同的特点，星暴阶段意味着星体有短缺的二氧化碳和尘埃，这种二氧化碳和尘埃在重力的作用下以特别高的速度坍缩，产生新的星体。
而AGN主导阶段包括物质被吸积到星体SMBH上，形成大量能量，并通过高能喷流从星体中喷射出气体和尘埃。
一般，这些能源来源被AGN环状结构（AGNtorus）遮蔽——一种围绕每位星体中央SMBH的尘埃环状结构，正如AGN统一模型预测的那样。
这个过程造成了类恒星天体对象（QSOs，一般称为类恒星）的产生，类恒星被觉得是的补充对象，但一些研究挑战了这些单一的演进情境，提出了可能采取多种不同的演变路径的存在。
近来的研究测量到了一类称为冷类恒星的群体，它们并不纯粹是AGN对象，由于它们也许也伴随着强烈的星际产生活动。
强烈的星际产生活动也在研究的类恒星样本中被推测下来，合并情境的基础机制和过程的影响在和类恒星的观测特点中形成一些差别，研究这种差别是理解这种星体经历的演进阶段的关键。
数论剖析阐明星体中红外波谱的相像性与特点
在的波谱中，远红外幅射的主导地位由波谱线特点的聚环丁二烯（PAHs）发射所抢占，并在特定的中红外波长区域。
中红外波谱还包含大概9.7和18的发射和吸收特点，由硅酸盐尘埃的存在导致，硅酸盐发射特点因为300-1000K的热尘埃的发射而形成，当AGN环正面视角被观察到时，它几乎完全不受遮挡。
我们还研究了星体的PAH发射特点，以校正它们的星际产生速度（SFR），使用（IRS）观测，她们演示了PAH发射怎么确切地描述星体的SFR，并因而有助于分辨星际产生和AGN主导的星体。
通过在中红外范围内研究硅酸盐吸收硬度和PAH发射特点，对星体的演进阶段进行分类的研究也由其他科研人员进行。
对亮红外星体的近来研究阐明了低红移与高红移下这种星体的特点之间的差别。低红移下最亮的（超亮和超超亮）红外星体与星体合并情境一致。
但是，星体合并引起的星暴在高红移宇宙中的作用较小，强烈遮挡的星暴和由合并引起的AGN活动仍被觉得是调查中观测到的最亮星体的主要能源来源。
初期宇宙中发生的合并可能不如局部宇宙中类似风波这么有效地触发星暴，因而局部合并情境可能难以覆盖初期宇宙中观察到的亮星体的整个样本。
此后我们又剖析了从NASA的太空望远镜获得的数据，非常是该航天器上的红外波谱仪（IRS）的数据。
更具体地说，我们提取、处理并比较了本地超亮红外星体（）和类恒星的中红外波长波谱，以生成那些星体的关系（相像性）图天体物理学家研究哪几个方面，并使用数论工具进行网路剖析。
我们使用了通过网站提供的公开可用的红外星体源数据，有几个重要的样本，包括数百个星体，通过数据库提供的公开数据。
所研究的样本一样，这种样本包括来自太空望远镜的中红外数据，这对于这些剖析是至关重要的。
接出来讨论数论在天体化学学中的应用，数论是物理和计算机科学领域的学科，涉及研究对象之间的关系，基于其关系性质从数据中提取出的矩阵。
之后使用这种矩阵来世成和映射对象到一个名为图的网路结构中，对象在图中表示为节点（顶点），它们通过边联接在一起，这种边对应于它们的关系性质。
从中提取有意义信息的一个主要方式是应用降维算法，这种是无监督学习技术，它们将图分割成具有更高联接性的节点群组（簇），与图的其余部份相比，这种节点在它们之间更紧密地联接。
我们将相像性函数应用于的中红外波谱，以创建一个相像性矩阵。
这个相像性矩阵被拿来生成我们的图，称为相像性图，在这个相像性图中，节点表示，它们基于中红外波谱的相像性联接在一起。
最后我们应用、测试和比较多个降维算法，因而检查出具有相像波谱的社群。
这些方式的一个主要优势是它不依赖于模型，由于生成相像性图的整个过程纯粹基于通过比较相应的观测数据获得的节点之间的成对相像性。
数论剖析阐明超亮红外星体演变关键性信息的应用
我们将数论的方式应用于天体化学数据，非常是应用于的中红外波谱，与任何模型参数无关。
将数论方式应用于研究合并情境可以形成无模型的结果，通过将具有类似中红外波谱的降维到相像的演进阶段，以生成的演进范式。
虽然数论的历史悠久，且在各类科学领域取得了成功的应用，但在天体化学学中以及非常是星体演变领域，极少有作品借助数论来研究开放性问题。
惟一一个借助数论研究ULIRG演变的重要作品是在09年进行的，作者通过将数论和贝叶斯推理方式相结合，研究了一组（IRS）的中红外波谱，企图辨识和分辨不同时间演进阶段。
我们选择了一个本地ULIRG群体，并在其中红外波谱上应用贝叶斯推理，生成了一个相像性图，在图中具有类似SED的星体彼此相连。
之后，使用图的弹簧布局勾画图（其中相像的节点在图嵌入中紧靠放置），辨识出3组星体，这种星体被觉得对应于不同的星体演进阶段。
虽然数论在天体化学学中的探求有限，但在宇宙学领域早已进行了更多的研究，比如，借助宇宙大尺度结构的宇宙模型的动态网路剖析，包含一些模拟的星体分布，以研究星体团和超星体团的引力互相作用和演进。
据悉，展示了数论方式和工具怎么成功地应用于模拟数据和观测数据，上述作品表明，数论的应用在宇宙学中研究星体产生和分布方面也是一个十分有用的工具。
基于数论以及图降维工具进行超亮红外星体剖析和分类的统一框架，该框架的适用性在不同的应用领域得到了证明，其中包括天体化学数据剖析以研究星体演变。
我们早已展示了怎样借助数论和降维剖析工具，基于中红外波谱对星体进行分类，以提取关于其潜在机制的有意义信息。
我们展示了怎么成功地在超亮红外星体的中红外波谱上施行KPCA，建立相像性图，并借助降维算法来提取不同的社群，对应于不同的演进阶段。
据悉，对已辨识社群的化学性质的考察造成了支持超亮红外星体演变合并情境的物理解释。
未来的工作可以借助更高码率的中红外超亮红外星体波谱（通过未来的任务，如詹姆斯·韦伯太空望远镜获得），以及更广泛的超亮红外星体目录，有望为超亮红外星体合并情境定义一个更具体的演进范式。
据悉天体物理学家研究哪几个方面，未来对数论方式在研究星体演变中的其他应用技巧的研究，以及跨不同红移范围比较超亮红外星体中红外波谱的可能性，可能会为我们提供关于宇宙历史中星系演变的性质和化学机制的重要看法。
通过数论剖析，我们深入研究了超亮红外星体和类恒星的中红外波谱特点，从中阐明了它们的演进阶段和化学机制。
未来，随着观测设备的不断进步，我们有望获得更多高帧率的中红外波谱数据，以及更广泛的天体样本。
同时，数论方式在天体化学学中的应用还有许多潜力等待挖掘，我们可以将其扩充到其他天彰显象的研究中，以获取更多关于宇宙中各类化学过程的看法。