科学背景简介：恒星是组成星系的基石，星系组成了宇宙大尺度结构；恒星演化驱动了星系的演化。中低质量恒星（介于1到8个太阳质量）占据了宇宙星族的绝大多数（>90%）。这类恒星在其演化晚期会以星风的形式抛出外层大气，同时中心星塌缩，逐渐形成炽热的白矮星，将星周气体电离，形成具有强发射线的行星状星云（Planetary Nebulae – PNe）。作为宇宙中分布最为广泛的一类星际介质（也是唯一一种在星系盘、核球、外晕都有分布的星际介质），行星状星云是研究众多天体物理过程的理想实验室—从恒星演化、星风动力学到微观的原子过程，并因其明亮的窄发射线而成为星系化学与动力学的理想示踪体。通过对行星状星云进行分光观测研究，可以了解其前生星恒星内部核合成以及星系、宇宙的化学增丰历史，验证恒星演化理论，检验基本原子参数。行星状星云是天文学研究中最为通用而强大的工具之一。

本人一直致力于采用先进的观测手段和理论方法，研究行星状星云的形成、演化和相关天的体物理过程，以解决天体物理学中的基本问题。

行星状星云的分光观测（Spectroscopy）研究：通过申请大型地面光学望远镜（如西班牙旗舰天文设备10.4米加那利大望远镜GTC）的观测时间，对银河系内及河外星系中的行星状星云开展深度分光观测，利用光谱发射线计算行星状星云的各类元素丰度，以探究星系的化学演化，并验证渐进巨星（AGB）核合成理论模型。同时利用哈勃太空望远镜HST和先进地面光学红外望远镜，对银河系内的行星状星云开展多波段（紫外-光学-近红外）高空间分辨率成像观测，以研究恒星演化晚期的巨星（RGB、AGB）阶段的物质损失过程以及对银河系星际介质的反馈，并解答恒星演化研究中著名的“质量丢失问题”（The Missing Mass Problem）。

行星状星云的形态成像（Imaging）研究：银河系中的行星状星云呈现出极其丰富的形态结构，如圆形、椭圆、双极、多极、甚至不规则形状等；其中有着规则形状（圆形、椭圆形）的行星状星云仅占总数（约3500个）的~15%，其他绝大多数行星状星云都有着不规则的形状。行星状星云的这种形态多样性反应了恒星晚期演化时星风物质损失过程的高度复杂。过去十年的研究显示，行星状星云在星云形态、星族、空间分布上具有大致的相关性：1）双极、多极甚至不规则行星状星云有可能来自双星的共包层演化；2）双极行星状星云可能演化自较大质量的恒星，且集中分布在银盘上；圆形、椭圆形行星状星云演化自更低质量的恒星，在银晕中也有分布；3）双极或多极行星状星云的重元素丰度，平均要高于圆形、椭圆形行星状星云。有必要申请地面和太空望远镜的观测时间，对银河系行星状星云开展高空间分辨率成像观测，并结合光谱观测数据，研究星云形态与恒星星族的关系，从根本上揭示星云形态-星族-空间分布相关性的起源，并利用行星状星云研究银河系的结构和演化。

其他研究方向：同时，计划使用大型地面光学红外望远镜，开展系外行星大气的光谱观测研究；通过分析系外行星的透射光谱（Transmission Spectrum），了解系外行星大气中的原子分子组成和热结构。

本人计划2024年招收两名博士研究生。他们将在我指导下开展恒星晚期演化和元素丰度研究，具体研究内容包括：

1）利用大型地面光学红外望远镜（如西班牙10.4米加纳利大望远镜GTC），对银河系内及河外星系中的行星状星云开展分光观测，通过细致的光谱分析得到星云的各种元素丰度，以限制恒星内部核合，研究恒星演化对星系的化学增丰。

2）利用地面光学红外望远镜和太空望远镜（如哈勃太空望远镜HST）对银河系内和大、小麦哲伦云中的行星状星云开展多波段成像观测，以研究行星状星云的形态与恒星星族的关系；同时结合数值模拟，研究星云形态结构的形成和星风动力学。

此外，还考虑利用大型地面光学红外望远镜GTC，开展系外行星大气的光谱观测研究；通过分析系外行星的透射光谱（Transmission Spectrum），了解系外行星大气中的原子分子组成和热结构。该课题将视学生的科研情况和兴趣而择机开展。

070401-天体物理

恒星演化，星际介质，行星状星云
元素丰度，天文分光
系外行星大气

2005-09--2011-06   北京大学   博士学位
2000-09--2004-06   武汉大学   学士学位

北京大学，天文系，博士研究生

北京大学，天文系，天体物理学博士学位（2011年）

已经设计并主持多个国际合作天文观测项目。使用的先进望远镜包括西班牙旗舰设备10.4米加那利大望远镜GTC和哈勃太空望远镜HST。作为PI获得了超过150个小时的GTC观测时间。在此部分列出：

(1) PI：哈勃太空望远镜HST观测项目GO #13838 “UV mapping of the extremely collimated outflows of the proto-planetary nebula Hen3-1475”, 2015年夏

(2) PI：GTC观测项目 #GTC08-20B “A Census Study of M31-M33 interaction through GTC Spectroscopy of Planetary Nebulae”, 2020年秋，12小时

(3) PI：GTC观测项目 #GTC1-19ACNT “GTC MEGARA First Imaging of the First Ever Fast Collimated Outflow in a Planetary Nebula”, 2019年冬，7小时

(4) PI：GTC观测项目 #GTC2-19ACNT “Mapping the Born-again Eject of the Inside-out Planetary Nebula HuBi 1 with GTC MEGARA”, 2019年夏，2小时

(5) PI：GTC观测项目 #GTC98-17B “A Census of the Extended Halo of M31 Using Planetary Nebulae”, 2017年秋，23小时

(6) PI：GTC观测项目 #GTC25-16B “Peering into the Substructures of M31 using Planetary Nebulae”, 2016年秋，30小时

(7) PI：GTC观测项目 #GTC66-16A “Chemical Abundances of Compact Planetary Nebulae in the Galactic Disk”, 2016年夏，40小时

(8) PI：GTC观测项目 #GTC92-15B “Peering into the Substructures of M31 using Planetary Nebulae”, 2015年秋，30小时

(9) PI：GTC观测项目 #GTC55-14B “Constraining the Origin of Substructures in M31 Using Planetary Nebulae”, 2014年秋，15小时

(10) PI：2.54米北欧望远镜（Nordic Optical Telescope）观测项目 “Spectroscopy and Imaging of the Born-Again Planetary Nebula Abell30”, 2014年冬，三个晚上

(11) PI：5.1米海尔望远镜（P200）观测项目 “Spectroscopic Observations of Planetary Nebulae in the Northern Spur Substructure of M31”, 2011年秋，两个晚上

2021-01~现在, 国家天文台, 研究员
2020-01~2020-12,国家天文台, 副研究员
2016-03~2019-12,香港大学（物理系 & 太空研究实验室）, 博士后
2013-09~2016-02,西班牙国家高等科学研究委员会IAA-CSIC研究所, 博士后
2011-07~2013-08,北京大学（天文系 & KIAA）, 博士后

2019-12-30-2023-12-28,香港大学名誉副教授（Honorary Associate Professor）, 名誉性兼职

2017年12月，本人在国际大型学术会议“Asymmetric Planetary Nebulae VII (APN VII)” 获得“青年研究者HELIX奖”（The HELIX Award for an Early Stage Researcher）；该学术会议每三年举办一次，规模仅次于IAU Symposium，平均参会人数在150人以上。

   

（1） A dynamically discovered and characterized non-accreting neutron star-M dwarf binary candidate, NATURE ASTRONOMY, 2022, 第 24 作者
（2） Toward a better understanding of supernova environments: a study of SNe 2004dg and 2012P in NGC 5806 with HST and MUSE, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021, 第 4 作者
（3） Tomography of the Unique Ongoing Jet in the Planetary Nebula NGC 2392, ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2021, 
（4） Discovery of a Fast Expanding Shell in the Inside-out Born-Again Planetary Nebula HuBi 1 Through High-Dispersion Integral Field Spectroscopy, 2020, 
（5） A Catalog of RV Variable Star Candidates from LAMOST, ASTROPHYSICAL JOURNAL SUPPLEMENT SERIES, 2020, 第 4 作者
（6） Chemical Abundances of Planetary Nebulae in the Substructures of M31. II. The Extended Sample and a Comparison Study with the Outer-disk Group, ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2018, 通讯作者
（7） Extended Structures of Planetary Nebulae Detected in H-2 Emission, ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2018, 通讯作者
（8） HST STIS UV Spectroscopic Observations of the Protoplanetary Nebula Hen3-1475, ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2018, 通讯作者
（9） Planetary nebulae in the circumnuclear region of M31:a spectroscopic sample, RESEARCH IN ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS, 2018, 第 4 作者
（10） The inside-out planetary nebula around a born-again star, NATURE ASTRONOMY, 2018, 第 2 作者
（11） The radial abundance gradient of oxygen towards the Galactic anti-centre, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 2017, 
（12） The flaring activity of m dwarfs in the kepler field, ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 第 4 作者
（13） Very Large Telescope deep echelle spectroscopy of Galactic planetary nebulae NGC 6153, M 1-42 and Hf 2-2, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 2016, 
（14） Spitzer mid-infrared spectroscopic observations of planetary nebulae, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 2016, 
（15） HST STIS observations of the mixing layer in the Cat's Eye Nebula, 2016, 第 1 作者
（16） Hu1-2: a metal-poor bipolar planetary nebula with fast collimated outflows, 2015, 第 1 作者
（17） CHEMICAL ABUNDANCES OF PLANETARY NEBULAE IN THE SUBSTRUCTURES OF M31, ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2015, 通讯作者
（18） THE BORN-AGAIN PLANETARY NEBULA A78: AN X-RAY TWIN OF A30, ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2015, 
（19） THE PRESENT AND FUTURE OF PLANETARY NEBULA RESEARCH. A WHITE PAPER BY THE IAU PLANETARY NEBULA WORKING GROUP, REVISTA MEXICANA DE ASTRONOMIA Y ASTROFISICA, 2014, 
（20） Expansion of hydrogen-poor knots in the born-again planetary nebula A30 and A78, ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2014, 第 1 作者
（21） Very deep spectroscopy of the bright Saturn nebula NGC 7009-II. Analysis of the rich optical recombination spectrum, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 2013, 
（22） New Effective Recombination Coefficients for Nebular N II Lines (Corrigendum), Astronomy & Astrophysics, 2013, 第 1 作者
（23） Plasma diagnostics for planetary nebulae and H II regions using the N II and O II optical recombination lines, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 2013, 
（24） SPECTROSCOPIC OBSERVATIONS OF PLANETARY NEBULAE IN THE NORTHERN SPUR OF M31, ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2013, 
（25） Fe III EMISSION LINES IN THE PLANETARY NEBULA NGC 2392, ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2012, 
（26） Very deep spectroscopy of the bright Saturn nebula NGC7009-I. Observations and plasma diagnostics, MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 2011, 
（27） New effective recombination coefficients for nebular N II lines, 

1. 主持国家天文台“银河系三维结构”研究团组每周五组会讨论。

2. 发起并主持国家天文台“GTC课堂”（GTC Academy）前沿系列讲座，邀请国内外在各自领域有突出科研成就的同行开展学术讲座，旨在面向国内天文学界讲授基于8-10米级大型光学红外望远镜观测的科学。2021年5月成功举办至今，每两周举办一次。

3. 参加国家天文台每日文献（astro-ph）讨论，10:30-11:30 AM。

4. 定期与北师大、新疆天文台课题组举办线上/线下学术研讨。

（ 1 ） “类地行星的形成演化及其宜居性”之项目一、课题一、子课题一 “恒星活动性”, 负责人, 中国科学院计划, 2020-01--2024-12
（ 2 ） 利用多波段协同观测限制多信使暂现源的性质, 参与, 国家任务, 2023-01--2025-12
（ 3 ） 西班牙GTC高分辨率超稳定光谱仪研制, 参与, 中国科学院计划, 2021-09--2026-08
（ 4 ） 中国科学院国际合作局 全球共性挑战专项 “基于GTC望远镜高分辨率光谱仪的天文科技合作”, 参与, 中国科学院计划, 2023-01--2025-12
（ 5 ） 中国科学院“西部之光”交叉团队项目-重点实验室专项 “毫秒脉冲星双星研究”, 参与, 中国科学院计划, 2021-01--2023-12

（1）The merging history of M31 revealed through GTC spectroscopy of planetary nebulae   Xuan Fang   2019-10-20
（2）Peering in to the Merging History of M31 with Planetary Nebulae   Xuan Fang   2017-12-11
（3）HST STIS UV Spectroscopic Observations of Proto-planetary Nebula Hen3-1475   Xuan Fang   2017-12-11
（4）Abundances and Gradients in M31 – A Chemical Study of Planetary Nebulae in the Substructures   Xuan Fang   2016-10-10

近年来的主要科研合作：

1. 与西班牙国家高等科学研究委员会IAA-CSIC研究所的科研合作：

   （1）本人与Martin A. Guerrero博士合作研究恒星晚期演化（行星状星云的形成和演化）以及恒星晚期星风与星际介质的相互作用。2013-08至2016-02，本人在IAA-CSIC的Martin Guerrero课题组从事博士后研究。

   （2）本人与Ruben Garcia-Benito博士有超过十年的合作基础。在本人的协助、推荐下，Ruben Garcia-Benito博士获得“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）访问学者计划资助，每年来国家天文台访问两个月，开展科研合作、联合指导学生。

2. 与西班牙GTC大望远镜的合作：

    西班牙旗舰天文设备10.4米加那利大望远镜（GTC）现为世界上最大的地面光学-红外望远镜。本人负责中国GTC观测计划的征集、评审；并与GTC科学运行主管Antonio L. Cabrera-Lavers博士对接，对中国科研人员提交的GTC观测计划实施观测。

3. 与IAC研究所的合作：

    本人与西班牙加那利天体物理研究所（IAC）的Cesar Esteban教授、Jorge Garcia-Rojas博士有着多年的科研合作，利用地面大望远镜，对银河系中的电离氢区和行星状星云开展分光观测，研究其元素丰度、物理性质。

4. 与美国太空望远镜研究所STScI的合作：

    本人与STScI的资深教授Robert Williams（STScI前所长、IAU前主席）在光致电离星云物理学和天文分光领域有多年的科研交流与合作。Robert Williams目前也在联合指导本人的博士研究生屠志军。

5. 与新疆天文台的合作：

    本人与中国科学院新疆天文台天体化学团组在恒星晚期演化的有机分子化学领域有着密切的科研合作。

6. 与美国西肯塔基大学、国家光学天文台的合作：

    本人与西肯塔基大学（Western Kentucky University）、美国国家光学天文台NOAO（现为国家光学红外实验室NOIRLab）的科研人员合作，利用西班牙GTC大望远镜，对银河系中的行星状星云开展光谱巡天观测，以研究银盘的化学丰度。

西班牙国家高等科学研究委员会IAA-CSIC研究所

西班牙加那利天体物理研究所（IAC）

西班牙GTC大望远镜天文台

美国太空望远镜研究所（STScI）

中国科学院新疆天文台

美国西肯塔基大学（West Kentucky University）

美国光学天文台NOAO（现为美国国家光学红外实验室NOIRLab）

现指导学生

屠志军  博士研究生  070401-天体物理  

武泳鑫  博士研究生  070401-天体物理  

李志睿  硕士研究生  070401-天体物理  

黄浩淼 博士研究生  070401-天体物理

洪语良 博士研究生  070401-天体物理