[论文解读] 1.65 micron (H-band) surface photometry of galaxies. IX: photometric and structural properties of galaxies

M. Scodeggio, G. Gavazzi+4 more|ArXiv.org|Feb 1, 2002

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 45被引用 28

一句话总结

本研究对1,143个本地星系进行了均匀的H波段（1.65 μm）测光调查，采用浓度指数C₃₁作为模型无关、连续的光分布度量，以表征结构特性。研究发现C₃₁与H波段光度之间存在强烈且非线性的相关性，仅在明亮星系（L_H > 10¹⁰ L☉）中出现高浓度（C₃₁ > 5）现象，并确立了光度与有效表面亮度（μₑ）之间的单一、单调关系，挑战了B波段中的双 regime 行为，支持基于质量的星系形成机制。

ABSTRACT

As a result of a systematic NIR H-band (1.65 micron) imaging survey of normal galaxies in the local universe, we are able to measure in a highly homogeneous way photometric and structural properties for a sample of 1143 galaxies. We base our analysis on a quantitative structural parameter, the concentration index C_31, instead of relying on the galaxies' morphological classification. The C_31 parameter provides a model independent, quantitative and continuous characterization of the light distribution within galaxies, and it is thus to be preferred to either the Hubble type or a parameter like the bulge-to-disk or bulge-to-total light ratio. We find that galaxies can be completely described by three parameters, namely: a scale parameter (the H-band luminosity), a shape parameter (the concentration index C_31) and a colour parameter (e.g. the B-H colour). At low luminosity dEs and dIs, having similar C_31, are colour-discriminated, while at very high luminosity different C_31 discriminate S0s from Scs, otherwise undistinguishable on the basis of their colour. A single, monotonic relation exists between luminosity and mu_e in the H-band, as opposed to the two separate regimes that are generally observed in the B-band. As NIR luminosity traces quite accurately the galaxy mass distribution, this relation re-enforces the indication in favour of a scale-dependent mass collapse mechanism which produces higher surface-brightness and more centrally peaked galaxies with increasing mass. However, the presence of high-luminosity low-C_31 galaxies hints at other machanisms and physical properties (such as angular momentum) playing an important role in galaxy formation. (abridged)

研究动机与目标

• 基于近红外（H波段）表面测光，建立一种均匀、定量的星系分类方法，避免依赖形态类型。
• 研究星系质量（通过H波段光度衡量）在塑造光度集中度和表面亮度等结构特性中的作用。
• 确定H波段表面亮度–光度关系是否与著名的B波段双 regime 关系不同，并评估其对星系形成机制的启示。
• 评估浓度指数C₃₁作为连续、模型无关结构参数的有效性，相较于传统的形态分类或核球光度比分类。
• 探讨星系质量、恒星形成历史与角动量之间的相互作用，以揭示结构多样性的成因。

提出的方法

• 对本地宇宙中的1,143个星系（包括室女座星系团、大墙结构和孤立星系群）开展了系统的H波段（1.65 μm）成像调查。
• 将浓度指数C₃₁定义为包含总H波段光度75%与25%的半径之比，提供一种模型无关、连续的光度集中度度量。
• 将H波段光度用作星系质量的代理，利用近红外光与恒星质量含量之间已知的相关性。
• 分析C₃₁与总H波段光度的关系，以及有效表面亮度（μₑ）与光度的关系，并与光学（B波段）研究进行比较。
• 使用B–H色指数作为星系恒星种群特性与恒星形成历史的代理，以区分结构与演化效应。
• 将H波段的结构关系与B波段的关系进行比较，特别关注表面亮度–光度关系，以评估尘埃消光与近期恒星形成的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 浓度指数C₃₁与H波段光度之间存在何种相关性？该关系在星系光度函数范围内是否表现出非线性特征？
• RQ2 H波段表面亮度–光度关系是否遵循单一、连续的关系，还是如光学波段中所见的表现出多个区间？
• RQ3 仅结合C₃₁、光度与颜色是否足以完全描述星系的结构多样性？与传统的哈勃类型分类相比表现如何？
• RQ4 尘埃消光与持续的恒星形成在光学波段与近红外波段所推导的结构参数中，影响程度如何？
• RQ5 观测到的质量（通过L_H衡量）、集中度（C₃₁）与表面亮度（μₑ）之间的相关性，对驱动星系形成与演化的物理机制有何启示？

主要发现

• 浓度指数C₃₁与H波段光度之间存在强烈且非线性的相关性，C₃₁ > 5仅出现在L_H > 10¹⁰ L☉的星系中，表明高集中度需要显著的质量支持。
• L_H < 10¹⁰ L☉的星系C₃₁ < 3，表明低质量系统（矮不规则星系与dE星系）即使形态各异也并非中心集中。
• H波段光度与有效表面亮度（μₑ）之间存在单一、单调的关系，与B波段中观察到的双 regime 行为形成对比，表明μₑ在近红外波段并非无量纲参数。
• H波段表面亮度–光度关系比B波段中的B–V或B–H关系陡峭得多，在低B–V色指数时无平坦区域，表明恒星形成与尘埃引起的混淆程度更低。
• 高光度、低C₃₁星系（如无核球的Sc型螺旋星系）表明，仅靠质量无法预测集中度，暗示角动量与形成历史起着关键作用。
• H波段光度、C₃₁与B–H色指数的组合提供了星系的完整三参数描述，能够有效区分形态相似的星系（如低光度下的dEs与dIs，高光度下的S0s与Scs）。