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旋涡星系Tully-Fisher关系的第三参量 及形态 的 相关性

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. 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 . 引言 标度律 TF 关系的形态相关性 星系的基本面 研究目的 . 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. 总结和展望. 引 言. 星系的分类及其参量. L、R、 σ 0 、 V max 等参量. 标度律. 椭圆星系：

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旋涡星系Tully-Fisher关系的第三参量 及形态 的 相关性

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  1. 旋涡星系Tully-Fisher关系的第三参量及形态的相关性旋涡星系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

  2. 目录 • 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 • 引言 • 标度律 • TF关系的形态相关性 • 星系的基本面 • 研究目的 • 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 总结和展望

  3. 引 言

  4. 星系的分类及其参量 L、R、σ0、Vmax等参量

  5. 标度律 • 椭圆星系： • Faber-Jackson关系 • 基本面 • 旋涡星系： • Tully-Fisher关系(TF关系) • 基本面？

  6. 旋涡星系的基本面？ • 支持存在 • 2000年Koda等人： • 2001年Han等人： • 2002年Shen等人： • 反对存在 • 1999年Courteau&Rix • 2007年Pizagno等人 • SFI++数据库（～5000个星系） • 不同形态的星系 形式不一致？ 缺少大样本， 没考虑形态影响， ... 旋涡星系的基本面是否存在？

  7. 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？

  8. 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

  9. TF关系形态相关性的模型解释

  10. MMW模型 • 1998年Mo, Mao, White提出 • 晕 • NFW: c,Vh • Vh Mh、R200 • 盘 • 指数盘 μd(r)=μ0exp(-r/Rd) • Md＝Mh md， • Rd＝R200 f(c,λ,md) 晕(Vh、c、λ) 冷却 盘

  11. MMW模型 • 预言TF关系 • 旋转曲线 • 无核球 • Vmax=Vh fv(c,λ,md) • 光度 • 假设简单的质光比 • Md/γ • 不能同时预言多个波段 our our

  12. 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： • 核球有效半径： • 假设遵从椭圆星系的Re-M关系 核球动力学只与Mb有关

  13. Mb的计算 Vh Mh M* ms=M*/Mh Mb 对于Sa/Sb/Sc星系，B/D=0.5/0.3/0.1 B/D=Mb/(M* -Mb)

  14. 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 CB07星族合成方法 核球 盘 10Gyr 单星族 10Gyr SFR(t)∝exp(-t/τ)

  15. 盘的两个模型 • K94模型（1994年Kennicutt等人） • 合成模型（1991年Devereux & Young） Sc τ～30Gyr Sb τ～5Gyr Sa τ～3Gyr Sb τ～30Gyr Sc τ～30Gyr Sa τ～30Gyr

  16. 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 ΔVmax ΔM

  17. 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

  18. 模型预言结果：不同波段的TF形态相关性 某波段 • ΔM： • Vmax=200km s-1处的零点差 • 观测： • 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 ΔM 200

  19. 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)

  20. TF关系的第三参量

  21. 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

  22. 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

  23. 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

  24. 回归方法及样本完备性改正 • 最小二乘法 • 对于y=f(x)， • N：样本中星系的数量 • σyi：第i个数星系的y值误差 • ：星系的权重，

  25. 回归方法及样本完备性改正 • ：由样本不完备引起 • 光度函数： α=-0.5,M*=-21.6的 Schechter方程 （1984年Sandage等人） • ＝1 for MI<-21.0

  26. 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

  27. 第三参量是否存在？

  28. 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 • Shen等人 • 利用残差方法探寻第三参量的具体形式 • 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 ΔMI

  29. ΔlogR TF关系的 第三参量存在 第三参量的引入 r＝-0.86 r＝-0.61 • ΔMI-Δlog R关系 • log R-log W关系 r＝-0.80 r＝-0.61

  30. ΔMI和ΔlogR线性相关 在logR、logW、MI空间的存在基本面

  31. 旋涡星系的基本面 基本面弯曲？

  32. 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 曲面 • 相同 平面

  33. 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 (Sc)

  34. 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

  35. e-logW关系 • Rd为第三参量 • e变化不明显 更接近平面

  36. 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

  37. “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 (R23.5) 基本面的确有些弯曲

  38. 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

  39. 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

  40. 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

  41. 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

  42. 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？ • ...

  43. 谢 谢 ！

  44. 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。

  45. logWlim 应用

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