Transcript TF关系的第三参量
旋涡星系Tully-Fisher
关系的第三参量
及形态的相关性
答辩者:王彩虹
指导老师:沈世银 副研究员,侯金良 研究员
培养单位:中国科学院上海天文台
目录
引言
标度律
TF关系的形态相关性
星系的基本面
研究目的
总结和展望
2
TF关系形态相关性的
模型解释
MMW模型
我们的模型
模型预言结果
小结
TF关系的第三参量
(旋涡星系的基本面)
样本选取
第三参量是否存在
三参量TF曲面
小结
引言
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星系的分类及其参量
L、R、σ0、Vmax 等参量
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标度律
椭圆星系:
Faber-Jackson关系 L 0
基本面 logRe a log 0 b log I e c
旋涡星系:
Tully-Fisher关系(TF关系) L Vmax
基本面?
5
旋涡星系的基本面?
支持存在
2000年Koda等人: L (VR)1.3
2001年Han等人: L V 2 R
2002年Shen等人: L V R
2.6
0.5
形式不一致?
反对存在
1999年Courteau & Rix
2007年Pizagno等人
旋涡星系的基本面是否存在?
SFI++数据库(~5000个星系)
不同形态的星系
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缺少大样本,
没考虑形态影响,
...
TF关系的形态相关性
Sa\Sb\Sc星系的TF关系
1978年Roberts;1985年Rubin等人
在固定Vmax处,较早型旋涡星系的光度偏小
起因
星族与形态(星等M)
较早型旋涡星系的颜色偏红、
年龄偏老
动力学与形态( Vmax )
较早型旋涡星系的内部旋转
曲线上升快
哪个起因占主导?
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研究内容
用模型解释TF关系形态相关性的起源
用大样本研究旋涡星系的基本面
~5000个TF星系
不同形态的星系
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TF关系形态相关性的模型解释
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MMW模型
1998年Mo, Mao, White提出
晕
NFW: c,Vh
Vh
Mh、R200
冷
却
盘
盘
指数盘 μd(r)=μ0exp(-r/Rd)
Md=Mh md,
Rd=R200 f(c,λ,md)
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晕(Vh、c、λ)
MMW模型
预言TF关系
旋转曲线
无核球
M DM (r )
V (r ) G
Vd2
r
2
Vmax=Vh fv(c,λ,md)
our
光度
假设简单的质光比
Md/γ
不能同时预言多个波段
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our
我们的动力学模型
旋转曲线由晕、核球、盘共同作用产生
核球
质量密度符合Hernquist分布:
Mb a 1
b ( r )
核球动力学只与Mb有关
2 r (r a)2
核球有效半径:Re 1.82a
假设遵从椭圆星系的Re-M关系
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Mb的计算
Mh
Vh
对于Sa/Sb/Sc星系,
B/D=0.5/0.3/0.1
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我们的星族模型
总光度L
核球和盘各自的质量
核球和盘各自的质光比
恒星形成历史
核球
10Gyr
单星族
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CB07星族合成方法
盘
10Gyr
SFR(t)∝exp(-t/τ)
盘的两个模型
K94模型(1994年Kennicutt等人)
Sa
τ~3Gyr
Sb
τ~5Gyr
Sc
τ~30Gyr
合成模型(1991年Devereux & Young)
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Sa
τ~30Gyr
Sb
τ~30Gyr
Sc
τ~30Gyr
模型预言结果:
旋转曲线
较早型旋涡星系的旋
转曲线在中心处上升
较快
Vmax值与星系类型弱
相关:
Sa(Sb)的Vmax比Sc的
大~1.5(1.0)%
相当于ΔM~
0.04(0.03)mag
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ΔVmax
ΔM
模型预言结果:
Sc星系的 I 波段TF关系
10个模型星系
100<Vh<200 km s-1
与观测结果一致
Sc为代表
K94模型与合成模型一致
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ΔM:
模型预言结果:
不同波段的TF形态相关性
Vmax=200km s-1处的零
点差
观测:
某波段
ΔM
与波长有一定的相关
理论:
K94模型
明显偏大
合成模型
大体一致
动力学
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200
小结
TF关系的形态相关性主要是由于星族的作用
而星族差异是由于不同形态的星系中核球与
盘的组份不同所引起的(合成模型)
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TF关系的第三参量
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样本选取
SFI++数据库
2007年Springob等人综合发表
目前最大 I 波段样本(4861个TF星系)
比蓝波段受尘埃影响小
比红外波段CCD响应好
统一改正
W21/Worc
W
消光改正、倾角改正等
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样本选取
样本选取
有半径值的4319个星系
R23.5、Rd
基于观测量的判据:
εMI<0.15、εlogW<0.06 (去除496个星系)
cz>3000 km s-1 (又去除721个星系)
T=3,4,5,6 (Sb/Sc) (又去除203个星系)
2899个星系
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样本选取
进一步筛选
迭代法去除偏离TF
关系3σ外的星系
2835个星系
1093个Sb星系
1742个Sc星系
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回归方法及样本完备性改正
最小二乘法
对于y=f(x),
N
2
i 1
( yi f ( xi ))2
2
yi
wi
N:样本中星系的数量
σyi:第i个数星系的y值误差
wi :星系的权重, wi N
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回归方法及样本完备性改正
wi w1i w2i
w1i 1/ logWi
w2i :由样本不完备引起
光度函数
w2i
样本的星等直方图
光度函数:
α=-0.5,M*=-21.6的
Schechter方程
(1984年Sandage等人)
w2i=1 for MI<-21.0
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环境和星系形态的影响
将2835个星系分为4个
子样本
Sb团星系(369个)
Sb场星系(724个)
Sc团星系(657个)
Sc场星系(1085个)
比较结果
Sb与Sc区别显著
团与场差异较小
分别研究Sb与Sc星系
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第三参量是否存在?
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第三参量的引入
两种方法:
假设第三参量的形式,直接
进行拟合
Koda等人 L (VR )
Shen等人 L V R
利用残差方法探寻第三参量
的具体形式
M I M I a(logW 2.5) b
我们用第二种方法
不预先确定第三参量的形式
因为参数TF关系甚至可能不是
平面
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ΔMI
第三参量的引入
ΔMI-Δlog R关系
r=-0.86
r=-0.61
log R-log W关系
logR c(logW 2.5) d
logR log R c(logW 2.5) d
M I e log R f
TF关系的
第三参量存在
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r=-0.80
ΔlogR
r=-0.61
ΔMI和ΔlogR线性相关
在logR、logW、MI空间的存在基本面
M I a(logW 2.5) b
log R c(logW 2.5) d
M I e log R f
M I (logW 2.5) log R
a ec
e
b e d f
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旋涡星系的基本面
基本面弯曲?
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三参量TF曲面
我们研究不同log W区间内的
Δlog R-ΔMI关系
不同
相同
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曲面
平面
三参量TF曲面
将Sc和Sb星系按
logW分别分为8份
拟合ΔMI=eΔlog R
R23.5为第三参量
斜率e的确有系统性
差异
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(Sc)
e-logW关系
R23.5为第三参量
e变化
曲面
暗端发生弯曲
亮端基本平面
不能进一步有效减小弥
散
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e-logW关系
Rd为第三参量
e变化不明显
更接近平面
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TF关系弥散的变化
弥散用MI的RMS来表征
由两参量到三参量,弥散
明显减小
R23.5比Rd更适合作第三参量
由平面到曲面,弥散变化
并不明显
因为在样本中大质量星系的
数量占主导,而三参量TF关
系在小质量端的弯曲
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“看”三参量TF关系的侧面
Bernardi等人的方法
纵坐标:
TF平面的弥散
横坐标:
沿平面长轴方向
基本面的确有些弯曲
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(R23.5
)
弯曲基本面的应用
如果样本有不同的logW分布范围,
会得到不同的基本面
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弯曲基本面的应用
预言:不同logW范围内
的样本所得到的基本平
面的系数:
、、
观测:5个子样本
半径为R23.5的Sc
不同logWlim
点和线基本重合、应用基本正确
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小结
发现TF关系第三参量R23.5的存在证据
由两参量的TF到三参量,Sb和Sc星系的σrms分别减小
了37.3%和48.5%
发现旋涡星系的基本面内禀弯曲
因此,随着logW取值范围的变化,拟合得到的旋涡星
系的基本面会系统变化,这可能是以前的工作得到的
基本面各自不同的原因
用复杂曲面描述三参量TF关系,并不能使其弥散
显著降低
因为在样本中大质量星系的数量占主导,三参量TF关
系在小质量端的弯曲影响不大
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总结和展望
TF关系形态相关性的起源问题
主要是由于星族的作用
而星族差异是由于不同形态的星系中核球与盘的组份
不同所引起的
TF关系的第三参量问题
R23.5的引入使TF关系的弥散明显减小
Rd的第三参量作用不显著
在M-logR23.5-logW空间内旋涡星系(尤其是Sc星系
)并不是处于一个平面上,而是处于一个在小质量端
弯曲的曲面上
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总结和展望
不足
缺少一个盘成分和核球成分分离的大样本来约束模型
样本SFI++虽然比较大,但仍然不完备,缺少暗星系
展望
形态也可能是TF关系的第三参量
不同波段是否存在不同的基本面?
如何利用基本面来进一步约束旋涡星系的形成和演化?
...
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简历
基本情况
王彩虹,女,河北省栾城县人,1981 年9 月
出生
教育状况
2000-9 ~2004-7,河北师范大学,本科,物
理学。
2004-9~2010-7,中国科学院上海天文台,
硕博连读研究生,天体物理。
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M I a(logW 2.5) b
log R c(logW 2.5) d
M I e log R f
logWlim
M I (logW 2.5) log R
a ec
e
b e d f
应用
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