河外星系的認識和分類講解課件

1、2022/7/28xkong1第六章 河外星系研究歷史星系分類 星系測量特殊星系 星 系 團 星系演化2022/7/28xkong2研究歷史 公元前5世紀，希臘哲學家德謨克利特：銀河是由無數恒星所構成，太暗而不能區(qū)分公元前3世紀，希臘哲學家亞里士多德 ：銀河是純粹的大氣現象，是地球發(fā)出的水蒸汽1609年，意大利天文學家伽利略把他新造的望遠鏡指向銀河：銀河是無數恒星的大集合銀河是由恒星組成的研究太陽系，而很少有人關注銀河系2022/7/28xkong31755年，普魯士哲學家康德：銀河是恒星構成的盤狀物，恒星圍繞某個中心公轉被稱為“星云”的模糊天體是和銀河類似的 “宇宙島”（island uni

2、verses) 1781年法國天文學家C. Messier發(fā)表了包含110個星云表其中40個實際上是星系The Messier Catalogue (M51, M81)英國天文學家William Herschel 1786年、1789年和1802年三次出版星云和星團表，記錄了2,500個星云和星團有些星云是不可分解的，放棄了星云是河外星系的主張2022/7/28xkong42022/7/28xkong5Herschel 假定恒星亮度相等，沒有考慮塵埃影響SunWilliam Herschel, 20-foot reflector, 24-inch speculum metal mirror,

3、in an altazimuth mounting, Bath, England, 1776. 2022/7/28xkong6仙女座大星系 (Andromeda Galaxy) M312022/7/28xkong7The Great Debate 1920年4月26日美國國家科學院辯論焦點：宇宙的尺度 (M31)(1) “旋渦星云”的距離是多遠？Nebulae (2) “旋渦星云”是恒星系統(tǒng)還是氣體云？(3) “旋渦星云”在天球上的分布為什么有“隱帶”？(4) 為什么“旋渦星云”的譜線出現紅移？“旋渦星云”是銀河系內氣體云，銀河系就是整個宇宙。宇宙是由無數類似銀河系的星系構成的，“旋渦星云”

4、實際上是星系。Harlow ShapleyHeber D. Curtis2022/7/28xkong8沙普利：銀河系對旋渦星云施加了一種未知的排斥力，導致旋渦星云的隱帶分布和退行現象。 柯蒂斯：有些旋渦星云的中心面有一條暗帶。如果銀河系也有類似的暗帶，我們位于銀河系的暗帶中，如果旋渦星云是河外天體， 旋渦星云的分布出現隱帶 由于觀測數據中都存在較大的誤差，這場大辯論當時沒有結論！ 沙普利錯了 2022/7/28xkong9The Shapley-Curtis Debate (1920)MWGMWGShapleyCurtisThe debate solved nothing!Questions

5、in science are not resolved by debates, but by observations & experiments2022/7/28xkong10哈勃的裁決哈勃 (1889 - 1953)，美國天文學家。 1924年，利用當時最大2.5m望遠鏡哈勃分解出M31中幾十個造父變星證實M31確實是一個恒星系統(tǒng)由造父變星周光關系估計M31的距離285 kpc(實際距離770 kpc)大于最遠的球狀星團的距離 (100 kpc) 。因此M31必定是河外星系 !1929年，哈勃發(fā)現河外星系視向退行速度v與距離d成正比 ，哈勃定律2022/7/28xkong11Hubble

6、Ultra Deep Field Image： 10平方角分10,000星系月亮在天球上投影的視直徑31角分,面積750平方角分 2022/7/28xkong122022/7/28xkong13第六章 河外星系研究歷史星系分類 星系測量特殊星系 星 系 團 星系演化/xkong/introast2022/7/28xkong14What are the three major types of galaxies?Hubble Deep Field2022/7/28xkong15Hubble Ultra Deep Field2022/7/28xkong16Hubble Ultra Deep Fie

7、ld2022/7/28xkong17Hubble Ultra Deep FieldSpiral Galaxy2022/7/28xkong18Elliptical GalaxyHubble Ultra Deep FieldSpiral Galaxy2022/7/28xkong19Elliptical GalaxyHubble Ultra Deep FieldElliptical GalaxySpiral Galaxy2022/7/28xkong20Hubble Ultra Deep FieldSpiral GalaxyElliptical GalaxyElliptical Galaxy2022/

8、7/28xkong21Irregular GalaxiesHubble Ultra Deep FieldSpiral GalaxyElliptical GalaxyElliptical Galaxy2022/7/28xkong22星系分類： Hubble Tuning Fork Scheme 2022/7/28xkong23橢圓星系 /透鏡狀星系/旋渦星系/棒旋星系/不規(guī)則星系2022/7/28xkong24星族 (Stellar Population)1944年Walter Baade發(fā)現星系暈與核球中的恒星明顯比盤中的恒星顏色偏紅。Baade由此提出星族的概念：星族I、星族II2022/7

9、/28xkong25星族I恒星 年輕的、富金屬恒星（金屬豐度為太陽值的0.1-2.5倍）主要位于銀盤中 ，繞銀心作圓軌道運動 。如疏散星團。星族II恒星年老的、貧金屬恒星(金屬豐度為太陽值的0.001-0.03倍)主要位于銀暈和核球中，以銀心作為中心球對稱分布繞銀心作無規(guī)則的橢圓軌道運動。如球狀星團。2022/7/28xkong26星 族極端星族II中介星族II盤星族中介星族I極端星族I典型天體亞矮星、球狀星團、天琴RR型星 長周期變星行星狀星云、新星A 型星、經典造父變星氣體、塵埃、超巨星平均年齡(109 yr)17-12 15-1012-22-0.10.1垂向距離2000 pc 700 p

10、c400 pc160 pc120 pc垂向速度75 kms-1 25 kms-118 kms-110 kms-18 kms-1金屬豐度0.001 0.0050.01-0.020.020.03-0.04不同星族天體的特征比較2022/7/28xkong27橢圓星系 Elliptical galaxiesE2022/7/28xkong28形狀成圓球形或橢圓形按橢率大小的增加分為：E0、E1.E7八個次型n=10(a-b)/a a和b為橢圓半長軸和半短軸 中心區(qū)最亮，亮度向邊緣遞減橢圓星系 (Elliptical galaxies，E)2022/7/28xkong29年老的、貧金屬星族恒星構成橢圓星

11、系沒有星系盤，顏色偏紅沒有或僅有少量星際氣體和塵埃恒星作無規(guī)則的橢圓軌道運動 橢圓星系的大小和質量相差懸殊巨橢圓星系 106 pc, 1013M矮橢圓星系 103 pc, 107M22 MV 182022/7/28xkong302022/7/28xkong312022/7/28xkong32一類具有旋渦結構的星系中心是球狀或橢球狀核球星系外面是扁平的星系盤從核球兩端延伸出兩條或兩條以上螺旋狀旋臂疊加在星系盤上星系盤外面是球狀星系暈旋渦星系 (Spiral galaxies，S)2022/7/28xkong33Spiral GalaxyDisk 星系盤Bulge核球Halo 星系暈2022/7/

12、28xkong34Spheroidal Component: bulge & halo, old stars,few gas cloudsDisk Component: stars of all ages,many gas clouds2022/7/28xkong35Disk Component:stars of all ages,many gas cloudsSpheroidal Component:bulge & halo, old stars,few gas cloudsRed-yellow color indicates older star populationBlue-white

13、color indicates ongoing star formation2022/7/28xkong36Disk Component:stars of all ages,many gas cloudsSpheroidal Component:bulge & halo, old stars,few gas cloudsRed-yellow color indicates older star populationBlue-white color indicates ongoing star formation2022/7/28xkong37星族特征星系盤顏色偏藍，星系暈和核偏紅。在星系盤、特

14、別是旋臂上主要是年輕、金屬富的星族I恒星以及氣體和塵埃核球和星系暈主要由年老的星族恒星組成 21 MV 172022/7/28xkong38Circular Orbits in a Spiral Disk Random Orbits in an Elliptical (or Spiral Bulge) 2022/7/28xkong39分類：核球的大小和旋臂的纏卷程度Sa 中心區(qū)最大，旋臂緊卷Sb中心區(qū)較小，懸臂開展Sc中心區(qū)成為一個小亮核，懸臂松弛。2022/7/28xkong402022/7/28xkong41M51 grand designNGC4414 flocculentM101Mul

15、tiple ArmsArm TypesA grand design spiral galaxy is a type of spiral galaxy with prominent and well-defined spiral arms A flocculent spiral is one that has patchy structures in its disk2022/7/28xkong422022/7/28xkong432022/7/28xkong44棒旋星系 (Barred spiral galaxies，SB)2022/7/28xkong45由恒星組成的棒貫穿其核心部分的旋渦星系旋

16、臂源于棒的兩端按照棒的大小和旋臂的纏卷程度可以分為：SBa、SBb、SBc三個次型SBa棒最大，旋臂纏卷最緊銀河系可能是一個SBb或SBc型星系。 棒旋星系 (Barred spiral galaxies，SB)2022/7/28xkong462022/7/28xkong47密度波理論：旋臂中的星不是一成不變的恒星有進有出川流不息而旋臂圖案卻保持不變旋臂不會纏卷起來Stars & low density gasGas compression in density waveNew stars exit with old2022/7/28xkong48透鏡星系(Lenticular galaxie

17、s，S0) Has a disk like a spiral galaxy but much less dusty gas (intermediate between spiral and elliptical)2022/7/28xkong49介于橢圓星系和旋渦星系的過渡型星系“無旋臂的盤星系”，外形像側視的透鏡根據核心是否有棒狀結構，符號相應為S0或SB0透鏡狀星系與旋渦星系的主要差別是沒有旋臂透鏡狀星系與橢圓星系的主要差別是有星系盤 星族主要由年老恒星組成，氣體很少，類似E星系透鏡星系(Lenticular galaxies，S0)NGC 3115 2022/7/28xkong50NGC

18、2787 is classified as an SB0， a barred lenticular galaxy. 2022/7/28xkong51不規(guī)則星系(Irregular galaxies， Irr)Blue-white color indicates ongoing star formation2022/7/28xkong52外形不規(guī)則，沒有明顯的核和旋臂，也沒有旋轉對稱性分類：Irr I類有隱約可見、不規(guī)則的棒狀結構；塵埃云不顯著，偏藍Irr II類具有無定型的外貌，帶有明顯的塵埃帶，顏色偏黃年輕星族為主、氣體含量多，質量不大， M1010MM82IC515218 MV 10不規(guī)則

19、星系(Irregular galaxies， Irr)2022/7/28xkong53NGC 2363 2022/7/28xkong542022/7/28xkong55/rjansen/nfgs/ 2022/7/28xkong56星系形態(tài)與波段有關；與對比度有關2022/7/28xkong57更為客觀的自動分類：模型參數面亮度分布旋渦星系: 橢圓星系: 一般函數:NGC7331 2022/7/28xkong58Early type: high G, C; small A, M20Concentration:the ratio of light within a circular or elli

20、ptical inner aperture to the light within an outer aperture Asymmetry:quantifies the degree to which the light of a galaxy is rotationally symmetric Gini Coefficient: the ratio of the area between the Lorenz curve and the curve of uniform equality where L(p) = p (shaded region) to the area under the

21、 curve of uniform equality. G=A/A+BM20: second-order moment of the brightest 20% of the galaxy 2022/7/28xkong59M20GE/S0/SaSc/Sd/IrrSb/SbcMergersmore lightin fewer pixmore uniformsurface brightnesscentrallyconcentratedlessconcentrated2022/7/28xkong60Spiral galaxies are often found in groups of galaxi

22、es(up to a few dozen galaxies)2022/7/28xkong61Elliptical galaxies are much more common in huge clusters of galaxies(hundreds to thousands of galaxies)2022/7/28xkong62Hubbles galaxy classesSpheroidDominatesDisk Dominates2022/7/28xkong63星系形態(tài)分類小結 旋渦/棒旋星系 (S, SB) 橢圓星系 (E)不規(guī)則星系由恒星和氣體構成的扁盤和星系暈。棒旋星系的核心有棒狀結構球形或橢球形，除中心核區(qū)外無其他結構無明顯結構。盤包含年輕和年老的恒星，暈只有年老的恒星只有年老的恒星包含年輕和年老的恒星盤包含大量氣體和塵埃，暈中的氣體和塵埃很少沒有或只有很少