第312章 星系（2/2）
星流（如ngc 3379）：潮汐破坏产物
3. 形成演化机制
主要形成通道：
机制 典型产物 关键证据
湿合并（gasrich） 场区椭圆星系 ulirg→e过渡天体（如ngc 7252）
干合并（gaspoor） 星系团中心cd星系 多重壳层结构
早型坍缩 致密椭圆星系（如m32） 高a元素丰度
关键演化过程：
形态淬灭（morphological quenching）：
星系盘动力学加热→抑制冷气体坍缩
环境剥离：
冲压剥离（ram pressure）
潮汐剥离（tidal stripping）
4. 恒星种群特性
化学演化特征：
a元素增强（[a\/fe] ≈ +0.3）
金属丰度梯度平缓（Δ[z\/h]\/Δlog r ≈ 0.1）
质量金属丰度关系：z ∝ m?·3?
星族年龄诊断：
lick指数分析：
hβ ＜ 1.8 ?（老年星族）
mg? ＞ 0.3 mag（高a丰度）
紫外过剩（uv upturn）：
晚型水平分支星贡献（如m87的fuv辐射）
5. 观测诊断技术
动力学建模方法：
schwarzschild轨道叠加
jeans方程反演
积分场光谱（ifu）应用（如as3d项目）
典型观测特征：
```python
椭圆星系表面亮度拟合示例
def devaucouleurs(r, ie, re):
return ie exp(7.67[(r\/re)(1\/4) 1])
```
多波段特征：
波段 主要辐射源 科学价值
xray 热气体（kt≈1 kev） 测量星系总质量
光学 巨星贡献 星族年龄测定
射电 agn喷流（少数） 黑洞反馈研究
6. 前沿研究问题
1. 核心形成机制：
双黑洞动力学摩擦导致核心扫除（core scouring）
模拟预测与观测的定量差异（缺失核问题）
2. 超致密椭圆星系（ucd）：
究竟是剥离的核区（如m32）还是巨大星团？
质量范围：10?10? m☉
3. 椭圆星系初始质量函数（imf）：
向低质量端倾斜（与螺旋星系imf差异）
引力透镜约束显示imf随σ0变化
7. 经典研究案例
m87（virgo a）：
首个直接成像黑洞的星系（eht观测）
喷流动力学尺度：5 kpc（光学） 100 kpc（射电）
暗物质晕质量：~1013 m☉（弱引力透镜测定）
ngc 4889：
后发座超巨椭圆星系
中心黑洞质量：(2.1±0.9)x101? m☉
恒星速度弥散：~400 km\/s
椭圆星系研究正从形态描述转向精确的动力学反演和形成历史重建。新一代望远镜（如jwst、euclid）将提供更高红移样本，有望揭示其早期形成细节。
三、不规则星系（irregr gxy）深度解析
不规则星系是哈勃序列中未归类于螺旋或椭圆结构的特殊星系类型，以其混沌形态、活跃恒星形成和丰富的星际物质着称。以下是该类型星系的系统性分析：
1. 形态学分类体系
irr i型（magenic型）：
存在可辨别的初级结构（如伪旋臂）
示例：大麦哲伦云（lmc，分类为sbm）
亚型：
ibm：含棒状结构
im：无棒结构
irr ii型（极端不规则）：
完全混沌形态（如m82）
通常由剧烈相互作用导致
特殊子类：
蓝致密矮星系（bcd）：金属贫乏但恒星形成剧烈
潮汐矮星系（tdg）：星系碰撞产物（如蝌蚪星系）
2. 结构动力学特征
质量分布：
典型质量：10?101? m☉
暗物质占比：3080%（低于理论预期）
旋转曲线异常（如ic 10的陡峭上升）
恒星运动学：
速度弥散（σ）与旋转速度（vrot）比值：0.1 ＜ vrot\/σ ＜ 1
三维运动显示各向异性（如wlm星系）
典型尺度：
| 参数 | 范围 | 对比银河系 |
||||
| 直径 | 110 kpc | ~3% |
| 气体质量 | 10?10? m☉ | 200% |
| 恒星形成率 | 0.011 m☉\/yr | % |
3. 恒星形成特性
星暴现象：
局域恒星形成率密度可达10?2 m☉\/yr\/kpc2（如ngc 1569）
触发机制：
星系相互作用（如m81\/m82系统）
气体吸积（冷流或热核坍缩）
星际介质特征：
气体占比：3090%（最高比例星系类型）
金属丰度梯度：Δ[fe\/h]\/Δr ≈ 0.05 dex\/kpc（平缓）
星族组成：
```math
\\psi(t) \\propto t^{β}e^{t\/t} \\quad (β≈1.5, t≈3\\ gyr)
```
年轻星团质量谱：dn\/dm ∝ m?2
4. 化学演化模型
元素丰度特征：
氧丰度：12+log(o\/h) ≈ 7.68.4
a元素增强：[a\/fe] ≈ +0.1 to +0.3
时间演化方程：
```math
\\frac{dz}{dt} = y(1r)\\psi(t) z(t)\\psi(t)
```
（y≈0.02为产率，r≈0.3为返回率）
尘埃特性：
尘埃气体比：10??10?3（低于螺旋星系）
紫外消光曲线陡峭（2175?驼峰弱化）
5. 形成与演化路径
原生不规则星系：
晚期气体吸积延迟形态演化
动力学时标长（低表面亮度）
次生不规则星系：
| 形成机制 | 典型特征 | 示例 |
||||
| 潮汐剥离 | 长尾结构 | 天线星系（ngc 4038\/9）|
| 并合残余 | 多重核 | arp 220 |
| 星系 harassment | 高度湍流 | ugc 1281 |
演化终点预测：
气体耗尽→过渡为矮椭圆星系（de）
持续吸积→可能发展为矮螺旋星系
6. 观测诊断技术
多波段特征：
| 波段 | 主导辐射源 | 科学价值 |
||||
| 紫外 | o\/b型星 | 恒星形成率测量 |
| ha | h2区 | 电离气体分布 |
| 21cm | hi中性氢 | 动力学质量测定 |
| 亚毫米 | 冷尘埃（＜30k） | 分子云质量估算 |
运动学建模方法：
倾斜环模型（适用于部分旋转系统）
直接轨道积分（适用于混沌系统）
7. 前沿研究问题
1. 暗物质悖论：
部分矮不规则星系（如ngc 1051df4）表现缺失暗物质现象
可能解释：潮汐剥离或imf变异
2. 金属丰度平台：
最低金属丰度星系（12+log(o\/h)≈7.0）的化学演化停滞机制
3. 莱曼连续辐射逃逸：
作为宇宙再电离源的可能性评估（如sextans a）
8. 典型天体案例
大麦哲伦云（lmc）：
质量：~101? m☉
恒星形成史：脉冲式（最近爆发6亿年前）
独特结构：偏心棒+单旋臂
ic 10：
本星系群最活跃星暴星系
wolfrayet星比例异常高
haro 11：
蓝致密矮星系
莱曼a光子逃逸率≈3%
不规则星系是研究星系初始条件与扰动响应的天然实验室。jwst对高红移矮星系的观测正改写其演化认知（如z≈9的gnz11）。