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银河系圆盘显示出复杂的化学和动力学子结构，被认为是由棒、旋臂和卫星诱导的。在这里，我们探索了在作用空间和速度空间中棒共振的化学特征，并利用测试粒子模拟描述了corotation (CR)特征与高阶共振特征之间的差异。由于最近的调查，我们现在有大量的数据集，包含了太阳邻域外恒星的金属度和运动学。我们将模拟与来自Gaia EDR3和LAMOST DR5的观测数据进行了比较，发现了一个带有“帽子”移动群(250 km s−1≲vφ≲270 km s−1)的慢杆与它的外部Lindblad共振和“Hercules”(170 km s−1≲vφ≲195 km s−1)的CR相关联的微弱证据。在测试粒子模拟中，在方位角上比太阳更接近棒子小轴的恒星显示出棒子外部林德布莱德共振和CR共振更强的特征。未来具有更大方位覆盖范围的数据集，包括最终的Gaia数据发布，将允许对杆共振进行可靠的化学动力学识别。

开放星团化学丰度和制图(OCCAM)调查的目标是通过构建和分析数百个开放星团中恒星的大型、全面、统一的红外光谱数据集，来约束关键的银河系动力学和化学演化参数。这是OCCAM调查的第六份贡献，对SDSS/APOGEE数据发布17 (DR17)对150个开放星团的恒星样本的结果进行了分析，根据它们的颜色星等图的外观，我们将其中94个星团指定为“高质量”的。我们发现APOGEE dr17衍生的[Fe/H]值与之前的高分辨率光谱开放团簇丰度研究结果很一致。利用高质量样品的子集，测量了16种化学元素的银河系丰度梯度，包括[Fe/H]，星系中心半径(RGC)和引导中心半径(Rguide)。我们发现，在6 > RGC < 11.5 kpc的范围内，银河[Fe/H]与RGC的整体梯度为−0.073±0.002 dex kpc−1，而[Fe/H]与Rguide的梯度也相似。星系中O、Mg、S、Ca、Mn、Na、Al、K和Ce的丰度梯度也很显著。我们的大样本还允许我们探索剩余15个元素的4个年龄箱的梯度演变。

我们更新了开放知识软件仪器“恒星天体物理实验模块”(MESA)的功能。新的auto_diff模块在MESA中实现了自动微分，该功能减轻了硬编码解析表达式或有限差分近似的需要。我们用一个时间相关对流的新模型显著加强了对MESA中对流增长和衰减的处理，该模型在大质量恒星的核燃烧后期和电子简并点火事件中特别重要。我们加强了MESA对状态方程的实现，通过讨论不同的能量方程特征和增强，我们量化了对能量核算和求解精度的持续改进。为了改进MESA中恒星的建模，我们描述了恒星大气、分子不透明度、康普顿不透明度、导电不透明度、元素扩散系数和核反应速率处理的关键更新。我们介绍了恒星黑子的处理，低质量恒星的一个重要考虑因素，以及辐射主导区域的超绝热对流的修正。我们描述了提高计算单色不透明和辐射悬浮效率的新方法，以及使用新的算子分裂核燃烧模式提高演化大质量恒星晚期阶段的效率的新方法。最后，我们将讨论MESA软件基础设施的主要更新，这些更新增强了源代码开发和社区参与。

小细胞群表现出许多通常与复杂系统相关的现象，如劳动分工和程序性细胞死亡。这种簇的保守类发生在卵子发生过程中，以生殖系囊肿的形式产生卵母细胞。种系囊肿通过细胞分裂形成，胞质分裂不完全，使细胞通过细胞间桥梁紧密连接，促进囊肿的产生，细胞命运的决定和集体生长动力学。以特征鲜明的黑腹果蝇雌性生殖系囊肿为基础，我们提出了植根于细胞周期蛋白质动态及其相互作用的数学模型，以解释生殖系细胞谱系树(CLT)的生成，并强调了观察到的CLT大小和拓扑在物种间的多样性。我们分析了clt中对称破缺的竞争模型，以使观察到的卵母细胞命运规范的动力学和鲁棒性合理化，并强调了尚存的知识空白。我们还探索了CLT拓扑结构如何影响细胞周期动态和同步，并强调了在卵发生过程中观察到的集体生长模式下的细胞间耦合机制。在整个研究过程中，我们指出了生物之间的相似性，这使得我们有理由进一步研究和评论在模型系统中得出的实验和理论发现延伸到其他物种的程度。

我们提出了第一个详细的研究比较恒星流人口在宇宙学模拟观测银河系矮星系流。特别地，我们将FIRE-2模拟中发现的银河系类似物周围的流与南方恒星流光谱调查(S5)观测到的恒星流进行了比较。为了在流群之间进行精确的比较，我们对FIRE流进行了模拟暗能量调查(DES)观测，并估计了它们的潮尾和前身的可探测性。探测到的恒星流的数量和质量分布在观测和模拟中是一致的。然而，中心中心和纬顶的分布存在差异，平均而言，可检测到的FIRE流形成于较大的中心中心(达> 110 kpc)，只存在于较大的纬顶(> 40 kpc)，而不是在银河系中观测到的。我们发现银河系中高恒星质量矮星系流的种群是不完整的。有趣的是，大部分FIRE流只能通过类似dess的卫星观测到，因为它们的潮尾表面亮度太低，无法被探测到。因此，我们预测了银河系卫星周围尚未被探测到的潮尾群，以及完全未被探测到的低表面亮度恒星流群，并利用鲁宾天文台估计了它们的可探测性。最后，我们讨论了FIRE和银河系中流人口差异的原因和含义，并探索了未来在宇宙学模拟中卫星干扰测试的途径。

在本星系群大规模光谱调查的时代，我们可以利用晕恒星的化学丰度来研究银河系矮星系祖(MW)和M31恒星晕的恒星形成和化学富集历史。在这篇论文中，我们利用FIRE-2模拟的Latte套件中的七个恒星晕的化学丰度比分布(卡片)进行了研究。我们试图通过将拿铁星系的恒星光晕卡片建模为来自被打乱的矮星的模板卡片的线性组合来推断星系的组装历史，这些卡片具有不同的恒星质量M百科和猝灭时间t100。我们提出了一种利用现代矮星系构建这些模板的方法。对于本工作中研究的七个拉特晕中的四个，我们恢复了吸积矮星的质谱，其精度小于10%。对于增加的质量分数作为t100的函数，我们发现七个模拟中的五个的残差为20 - 30%。我们讨论了这种方法的失败模式，这是由矮星系可能发生的恒星形成和化学富集历史的多样性引起的。这些失效案例可以通过高模型残差进行稳健识别。尽管卡片建模方法不能成功地推断出这些情况下的组合历史，但这些被打乱的矮星的卡片包含了它们不寻常的形成历史的特征。我们的结果很有希望使用卡片来了解更多关于MW和M31恒星晕的起源的历史。

在盖亚时代，越来越明显的是，传统的静态、参数化模型不足以描述我们复杂的、动态演变的银河系(MW)的质量分布。在这项工作中，我们比较了来自FIRE-2宇宙重子模拟套件的模拟mw质量星系的不同时间演化和时间无关的引力势表示。利用这些势，我们计算了三个星系周围潮汐流中恒星粒子的活动，从7gyr以前到现在的每个快照都有不同的合并历史。我们使用Kullback-Leibler散度(Kullback-Leibler Divergence)来衡量动作的聚类程度和聚类随时间的相对稳定性，从而确定每个模型所保留的动作空间一致性。我们发现所有的模型都产生了一个聚集的动作空间，没有显著的合并。然而，模型中不存在的一个大质量(坠落前的质量比更接近1:8)相互作用星系将导致受相互作用影响最大的恒星的轨道特征错误。活动空间星团的位置(即流星的轨道)仅被时间演化模型保留，而时间无关模型可能会在0.5- 1gyr之前丢失大量信息，即使系统没有发生重大合并。我们的结果表明，在MW中使用固定电位对流轨道进行反向积分，如果积分时间超过0.5 Gyr，很可能给出不正确的结果。

Gaia Data Release 2揭示了银河系包含了偏离平衡的显著迹象，其形式是太阳附近恒星相空间密度的不对称特征。其中一个特征是z-vz相位螺旋，它被解释为圆盘对垂直于圆盘平面的扰动影响的响应，这种扰动可以是外部的(如卫星)，也可以是内部的(如杆或旋臂)。在这项工作中，我们使用Gaia Data Release 3来解剖相位螺旋，将局部数据集分成方位角动作相似的组，jφ和共轭角相似的组，θ φ，它选择了轨道相似、轨道相位相似的恒星，因此在过去经历过类似的扰动。这些划分使我们能够探索比所测区域更大的星系盘区域。这种分离提高了z-vz相位螺旋的清晰度，并暴露了其形态在不同作用角组中的变化。特别地，我们发现在银河系内部有一个过渡到两个武装的“呼吸螺旋”。我们得出结论，局部数据包含的特征不是一个，而是多个扰动，以期利用它们不同的性质来推断引起这些扰动的相互作用的性质。

为了证明阀门关闭过程中预测的血液剪切力和血栓形成性之间的明确联系，这解释了组织瓣膜和机械瓣膜之间的血栓形成差异，并为开发和改进降低血栓形成性的假体瓣膜设计提供了一个实用的度量标准。

恒星的可变性是由许多内部物理过程驱动的，这些物理过程依赖于恒星的基本特性。这些特性是我们将恒星观测与恒星物理协调起来的桥梁，也是我们理解星系形成背景下恒星群分布的桥梁。许多正在进行和即将进行的任务正在绘制恒星亮度随时间变化的图表，这编码了有关物理过程的信息，如旋转周期、演化状态(如有效温度和表面重力)和质量(通过星震参数)。在这里，我们只使用光度时间序列数据，探索如何在不同的进化状态下预测这些恒星属性。为此，我们实现了一个卷积神经网络，通过数据驱动建模，我们从各种基线和节奏的光曲线预测恒星的属性。基于单季度的开普勒数据，我们恢复了恒星属性，包括红巨星的表面引力(不确定度为≲0.06 dex)和主序恒星的旋转周期(不确定度为≲5.2天，无偏度为≈5 ~ 40天)。将开普勒数据缩短到27天凌日系外行星调查卫星之类的基线，我们恢复了恒星属性，精度略有下降，log g为~ 0.07,Prot为~ 5.5天，从≈5到35天无偏置。我们灵活的数据驱动方法利用了数据的全部信息内容，只需要很少或不需要特征工程，并且可以推广到其他调查和数据集。这有可能为当前和未来的调查提供数百万颗恒星的性质估计。