[论文解读] Segregations in clusters of galaxies

C. Adami, A. Biviano+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 1997

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用 5

一句话总结

本研究分析了40个规则星系团中的2000个星系，以探究星等与形态分离现象。研究发现，较亮星系（M_R < -21.5）及后期型螺旋星系表现出径向轨道和非 virialized 动力学特性，而椭圆星系则呈现切向轨道，并通过动力摩擦向能量均分状态演化，表明星系类型在星系团中处于不同的动力学阶段。

ABSTRACT

We analyse a sample of about 2000 galaxies in 40 regular clusters, to look for evidence of segregation with respect to galaxy luminosities and morphological types. We find evidence of luminosity segregation for galaxies brighter than $M_R &lt; -21.5$, i.e. typically the four brightest members of each cluster. We also find evidence of morphological segregation: both the core-radius and the velocity dispersion increase along the Hubble sequence (ellipticals - S0 - early spirals - late spirals). Galaxies of different types have different velocity dispersion profiles, being steeper for later type galaxies. Simple modelling allows us to show that elliptical (and, to a lesser extent, S0) orbits are mostly tangential in the cluster core, and nearly isotropic outside, while spiral (in particular late-spiral) orbits are predominantly radial. A viable interpretation of our results is that (1) late spirals, at variance with other type galaxies, are a non-virialized cluster population, still on partially radial infalling orbits, (2) the elliptical phase-space distribution is evolving towards energy equipartition through the process of dynamical friction, (3) S0 and early-spirals have intermediate distributions between these two extremes.

研究动机与目标

• 探究星系星等与形态类型是否与星系团中的空间分布和运动学分布相关。
• 确定不同星系类型是否表现出不同的轨道各向异性与速度弥散度分布。
• 检验观测到的分离模式是否反映动力学演化，特别是通过动力摩擦等过程。
• 建立轨道各向异性分布函数，并评估椭圆星系、S0星系、早型与晚型螺旋星系的动力学状态。

提出的方法

• 利用测光与光谱数据，分析40个规则星系团中约2000个星系的样本。
• 根据哈勃序列对星系进行形态类型分类，并测量其R波段星等。
• 测量每种形态类型的速度弥散度分布与核心半径。
• 构建相空间分布函数，以推断轨道各向异性（径向与切向轨道）。
• 应用简单的动力学模型以解释轨道结构并推断演化状态。
• 应用动力摩擦理论以解释椭圆星系向能量均分状态演化的机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 不同形态类型的星系在星系团中是否表现出不同的空间与运动学分布？
• RQ2 星系星等与星系团核心区域的径向分离是否存在相关性？
• RQ3 轨道各向异性是否沿哈勃序列系统性变化？若存在，其变化规律如何？
• RQ4 椭圆星系是否通过动力摩擦向能量均分状态演化，而晚型螺旋星系是否仍处于下落的径向轨道中？
• RQ5 在星系团环境中，早型与晚型星系的速度弥散度分布有何差异？

主要发现

• 星等分离现象在星等更亮的星系中被观测到（M_R < -21.5），通常为四个最亮的星系团成员。
• 形态分离得到证实：核心半径与速度弥散度从椭圆星系到晚型螺旋星系逐渐增大。
• 椭圆星系在星系团核心区域主要具有切向轨道，而在外部区域则接近各向同性，表明其已达到动力学弛豫状态。
• 晚型螺旋星系表现出主要为径向轨道，表明其尚未达到virialized状态，仍处于下落过程中。
• S0星系与早型螺旋星系的轨道各向异性介于椭圆星系与晚型螺旋星系之间。
• 数据支持一种演化情景：椭圆星系通过动力摩擦向能量均分状态演化，而晚型螺旋星系则仍处于瞬态的非virialized状态。