同等质量下盘状星系的颜色-尺度关系

摘要

本文从Sloan 数字巡天计划第七次释放的数据的主星系样本中选取7959个近邻面向的盘状星系，作为本文的星系样本，统计研究同等质量下盘状星系的颜色和尺度之间的相关关系。
　　 星系的颜色、尺度、绝对星等三者之间存在两个已知的标度率，表现为“颜色-星等关系”和“尺度-星等关系”，即：星等越亮的星系颜色越红，以及星等越亮的星系尺度越大。为了得到光度相等时，盘状星系的颜色和尺度之间的相关性，我们定义了光度相等时表征星系尺度的“相对尺度”和表征星系颜色的“相对颜色”。“相对尺度”的定义为星系尺度与“尺度-星等关系”中在给定星系光度处尺度的中位值之差。“相对颜色”的定义为星系颜色与“颜色-星等关系”中在给定星系光度处颜色的中位值之差。
　　 用光度表示星系质量的情况下，我们考察了“同等光度下盘状星系的颜色-尺度关系”。我们发现，光度相等时，盘状星系的颜色和尺度之间存在相关关系：星系的（u-r）颜色与尺度正相关，（g-r）颜色与星系的尺度相关性很弱，而（r-I）、（r-z）颜色与星系的尺度负相关。即：尺度越大的星系，具有越红的（u-r）颜色和越蓝的（r-I）、（r-z）颜色，而（g-r）颜色几乎没有变化。同时我们发现“同等光度下盘状星系的（u-r）颜色-尺度关系”主要由暗星系贡献。
　　 用恒星总质量表示星系质量的情况下，我们对“同等质量下盘状星系的颜色-尺度关系”进行了考察。我们发现：质量相等时，盘状星系的颜色和尺度之间存在相关关系，但对于不同的颜色，相关关系表现不同：（u-r）颜色与星系的尺度相关性很弱，而（g-r）、（r-I）、（r-z）颜色与星系的尺度负相关。即：尺度越大的星系，具有越蓝的（g-r）、（r-I）、（r-z）颜色，而（u-r）颜色几乎没有变化。
　　 为了确信“同等质量下盘状星系的颜色-尺度关系”源于星系颜色和尺度之间内在的相关性信息，而不是“颜色-质量关系”和“尺度-质量关系”作用的结果，我们建立了一个“模拟样本”，模拟样本保留了“颜色-质量关系”和“尺度-质量关系”，但是星系颜色和尺度源于随机赋值。通过对模拟样本的“同等质量下盘状星系的颜色-尺度关系”进行考察，我们发现“模拟样本”不能再现星系样本的结果。我们从而确信“同等质量下盘状星系的颜色-尺度关系”是真实存在的。
　　 考虑到星系的颜色与星系的星族成分有关，我们对样本星系的星族成分进行了考察，尝试解释质量相等时星系颜色因尺度不同产生的差异的原因。通过比较样本星系的颜色和利用星族合成方法预言的颜色，我们得到了关于星系样本的星族成分的信息。我们发现质量越大的星系，具有越高的金属丰度和越老的平均星族年龄。但是，质量相等时星系的星族成分与星系尺度间没有表现出明显的依赖关系。我们的结果表明：仅仅利用光学波段的颜色进行星族分析，很难得到可靠的星族成分信息，还不足以解释由观测得到的同等质量下星系的颜色和尺度间的相关性。对于“同等质量下星系的颜色-尺度关系”的理论解释，还有待于进一步的研究和探讨。