2025/8/15xkong@1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/introast2025/8/15xkong@2研究歷史

公元前5世紀，希臘哲學(xué)家德謨克利特：銀河是由無數(shù)恒星所構(gòu)成，太暗而不能區(qū)分公元前3世紀，希臘哲學(xué)家亞里士多德

：銀河是純粹的大氣現(xiàn)象，是地球發(fā)出的水蒸汽1609年，意大利天文學(xué)家伽利略把他新造的望遠鏡指向銀河：銀河是無數(shù)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(guān)注銀河系2025/8/15xkong@31755年，普魯士哲學(xué)家康德：銀河是恒星構(gòu)成的盤狀物，恒星圍繞某個中心公轉(zhuǎn)被稱為“星云”的模糊天體是和銀河類似的“宇宙島”（islanduniverses)1781年法國天文學(xué)家C.Messier發(fā)表了包含110個星云表其中40個實際上是星系TheMessierCatalogue(M51,M81…)英國天文學(xué)家WilliamHerschel

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2025/8/15xkong@42025/8/15xkong@5Herschel假定恒星亮度相等，沒有考慮塵埃影響SunWilliamHerschel,20-footreflector,24-inchspeculummetalmirror,inanaltazimuthmounting,Bath,England,1776.2025/8/15xkong@6仙女座大星系(AndromedaGalaxy)M312025/8/15xkong@7TheGreatDebate

1920年4月26日美國國家科學(xué)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(xiàn)紅移？“旋渦星云”是銀河系內(nèi)氣體云，銀河系就是整個宇宙。宇宙是由無數(shù)類似銀河系的星系構(gòu)成的，“旋渦星云”實際上是星系。HarlowShapleyHeberD.Curtis2025/8/15xkong@8沙普利：銀河系對旋渦星云施加了一種未知的排斥力，導(dǎo)致旋渦星云的隱帶分布和退行現(xiàn)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(xiàn)隱帶

由于觀測數(shù)據(jù)中都存在較大的誤差，這場大辯論當時沒有結(jié)論！

沙普利錯了

2025/8/15xkong@9TheShapley-CurtisDebate(1920)MWGMWGShapleyCurtisThedebatesolvednothing!Questionsinsciencearenotresolvedbydebates,butbyobservations&experiments2025/8/15xkong@10哈勃的裁決哈勃(1889-1953)，美國天文學(xué)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(guān)系估計M31的距離285kpc(實際距離770kpc)大于最遠的球狀星團的距離(100kpc)。因此M31必定是河外星系!1929年，哈勃發(fā)現(xiàn)河外星系視向退行速度v與距離d成正比

，哈勃定律2025/8/15xkong@11HubbleUltraDeepFieldImage：

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

2025/8/15xkong@122025/8/15xkong@13第六章

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星系測量特殊星系

星系團

星系演化/~xkong/introast2025/8/15xkong@14Whatarethethreemajortypesofgalaxies?HubbleDeepField2025/8/15xkong@15HubbleUltraDeepField2025/8/15xkong@16HubbleUltraDeepField2025/8/15xkong@17HubbleUltraDeepFieldSpiralGalaxy2025/8/15xkong@18EllipticalGalaxyHubbleUltraDeepFieldSpiralGalaxy2025/8/15xkong@19EllipticalGalaxyHubbleUltraDeepFieldElliptical

GalaxySpiralGalaxy2025/8/15xkong@20HubbleUltraDeepFieldSpiralGalaxyEllipticalGalaxyElliptical

Galaxy2025/8/15xkong@21IrregularGalaxiesHubbleUltraDeepFieldSpiralGalaxyEllipticalGalaxyElliptical

Galaxy2025/8/15xkong@22星系分類：

HubbleTuningForkScheme

2025/8/15xkong@23橢圓星系/透鏡狀星系/旋渦星系/棒旋星系/不規(guī)則星系2025/8/15xkong@24星族(StellarPopulation)1944年WalterBaade發(fā)現(xiàn)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II2025/8/15xkong@25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?qū)ΨQ分布繞銀心作無規(guī)則的橢圓軌道運動。如球狀星團。2025/8/15xkong@26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(jīng)典造父變星氣體、塵埃、超巨星平均年齡(109yr)17-12

15-1012-22-0.10.1垂向距離2000pc700pc400pc160pc120pc垂向速度75kms-1

25kms-118kms-110kms-18kms-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2025/8/15xkong@27橢圓星系EllipticalgalaxiesE2025/8/15xkong@28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(Ellipticalgalaxies，E)2025/8/15xkong@29年老的、貧金屬星族Ⅱ恒星構(gòu)成橢圓星系沒有星系盤，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(zhì)量相差懸殊巨橢圓星系~106pc,1013M⊙矮橢圓星系~103pc,107M⊙－22<MV<－182025/8/15xkong@302025/8/15xkong@312025/8/15xkong@32一類具有旋渦結(jié)構(gòu)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(Spiralgalaxies，S)2025/8/15xkong@33SpiralGalaxyDisk星系盤Bulge核球Halo星系暈2025/8/15xkong@34SpheroidalComponent:

bulge&halo,oldstars,fewgascloudsDiskComponent:starsofallages,manygasclouds2025/8/15xkong@35DiskComponent:starsofallages,manygascloudsSpheroidalComponent:bulge&halo,oldstars,fewgascloudsRed-yellowcolorindicatesolderstarpopulationBlue-whitecolorindicatesongoingstarformation2025/8/15xkong@36DiskComponent:starsofallages,manygascloudsSpheroidalComponent:bulge&halo,oldstars,fewgascloudsRed-yellowcolorindicatesolderstarpopulationBlue-whitecolorindicatesongoingstarformation2025/8/15xkong@37星族特征星系盤顏色偏藍，星系暈和核偏紅。在星系盤、特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Ⅱ恒星組成

－21<MV<－172025/8/15xkong@38CircularOrbitsinaSpiralDisk

RandomOrbitsinanElliptical(orSpiralBulge)

2025/8/15xkong@39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。2025/8/15xkong@402025/8/15xkong@41M51granddesignNGC4414flocculentM101MultipleArmsArmTypesAgranddesignspiralgalaxyisatypeofspiralgalaxywithprominentandwell-definedspiralarmsAflocculentspiralisonethathaspatchystructuresinitsdisk2025/8/15xkong@422025/8/15xkong@432025/8/15xkong@44棒旋星系(Barredspiralgalaxies，SB)2025/8/15xkong@45由恒星組成的棒貫穿其核心部分的旋渦星系旋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(Barredspiralgalaxies，SB)2025/8/15xkong@462025/8/15xkong@47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&lowdensitygasGascompressionindensitywaveNewstarsexitwithold2025/8/15xkong@48透鏡星系(Lenticulargalaxies，S0)

Hasadisklikeaspiralgalaxybutmuchlessdustygas(intermediatebetweenspiralandelliptical)2025/8/15xkong@49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(cè)視的透鏡根據(jù)核心是否有棒狀結(jié)構(gòu)，符號相應(yīng)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(Lenticulargalaxies，S0)NGC3115

2025/8/15xkong@50NGC2787isclassifiedasanSB0，abarredlenticulargalaxy.

2025/8/15xkong@51不規(guī)則星系(Irregulargalaxies，Irr)Blue-whitecolorindicatesongoingstarformation2025/8/15xkong@52外形不規(guī)則，沒有明顯的核和旋臂，也沒有旋轉(zhuǎn)對稱性分類：IrrI類有隱約可見、不規(guī)則的棒狀結(jié)構(gòu)；塵埃云不顯著，偏藍IrrII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(zhì)量不大，M<1010M⊙M82IC5152－18<MV<－10不規(guī)則星系(Irregulargalaxies，Irr)2025/8/15xkong@53NGC23632025/8/15xkong@542025/8/15xkong@55/~rjansen/nfgs/

2025/8/15xkong@56星系形態(tài)與波段有關(guān)；與對比度有關(guān)2025/8/15xkong@57更為客觀的自動分類：模型參數(shù)面亮度分布旋渦星系:橢圓星系:一般函數(shù):NGC7331

2025/8/15xkong@58Earlytype:highG,C;smallA,M20Concentration:theratiooflightwithinacircularorellipticalinneraperturetothelightwithinanouterapertureAsymmetry:quantifiesthedegreetowhichthelightofagalaxyisrotationallysymmetricGiniCoefficient:theratiooftheareabetweentheLorenzcurveandthecurveof"uniformequality"whereL(p)=p(shadedregion)totheareaunderthecurveofuniformequality.

G=A/A+BM20:second-ordermomentofthebrightest20%ofthegalaxy2025/8/15xkong@59M20GE/S0/SaSc/Sd/IrrSb/SbcMergersmorelightinfewerpixmoreuniformsurfacebrightnesscentrallyconcentratedlessconcentrated2025/8/15xkong@60Spiralgalaxiesareoftenfoundingroupsofgalaxies(uptoafewdozengalaxies)2025/8/15xkong@61Ellipticalgalaxiesaremuchmorecommoninhugeclustersofgalaxies(hundredstothousandsofgalaxies)2025/8/15xkong@62Hubble’sgalaxyclassesSpheroidDominatesDiskDominates2025/8/15xkong@63星系形態(tài)分類小結(jié)

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(gòu)成的扁盤和星系暈。棒旋星系的核心有棒狀結(jié)構(gòu)球形或橢球形，除中心核區(qū)外無其他結(jié)構(gòu)無明顯結(jié)構(gòu)。盤包含