[论文解读] The Morphological Type Dependence of K-band Luminosity Functions

Nick Devereux, Paul Hriljac+3 more|ArXiv.org|Feb 4, 2009

Infrared Target Detection Methodologies参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究利用2MASS巡天，首次对邻近星系的形态学分离K波段光度函数进行了研究，发现晚型旋涡星系在低光度处呈现上升的幂律函数，而早型星系（椭圆星系、透镜星系及核球主导的旋涡星系）则表现出在高光度和低光度处均下降的峰值函数。关键的是，每种哈勃类型对本地K波段光度和恒星质量密度的贡献大致相等，挑战了以往关于光度函数形态同质性的假设。

ABSTRACT

Differential 2.2um (K-band) luminosity functions are presented for a complete sample of 1570 nearby Vgsr < 3000 km/s, where Vgsr is the velocity measured with respect to the Galactic standard of rest), bright (K < 10 mag), galaxies segregated by visible morphology. The K-band luminosity function for late-type spirals follows a power law that rises towards low luminosities whereas the K-band luminosity functions for ellipticals, lenticulars and bulge-dominated spirals are peaked with a fall off at both high and low luminosities. However, each morphological type (E, S0, S0/a-Sab, Sb-Sbc, Sc-Scd) contributes approximately equally to the overall K-band luminosity density in the local universe, and by inference, the stellar mass density as well.

研究动机与目标

• 利用完整、邻近的星系样本，建立按可见形态分离的基准K波段光度函数。
• 研究形态类型如何影响K波段光度函数的形状和归一化值。
• 确定每种哈勃类型对本地宇宙中总K波段光度密度和恒星质量密度的贡献。
• 通过采用更精细的形态分类，解决以往将星系归为宽泛的早型/晚型分类时存在的研究差异。

提出的方法

• 从HYPERLEDA中选取了1604个邻近星系的体积限值样本（K10/3000），其参数为：Vgsr ≤ 3000 km/s，|b| > 10°，K ≤ 10 mag，并与2MASS扩展源星表进行交叉匹配。
• 在20 mag/arcsec²椭圆等高线内测量K波段星等（k-m-k20fe参数），以确保一致性并最小化消光影响。
• 采用Choloniewski（1986）的非参数最大似然法计算光度函数，以减少分箱带来的偏差。
• 基于de Vaucouleurs（1959）系统，按可见形态对星系进行分类，分别分析类型E、S0、S0/a–SAb、Sb–Sbc和Sc–Scd。
• 通过积分光度函数计算光度密度，恒星质量密度则基于K波段M/L比值近似恒定（各类间变化≤7%）推断。

实验结果

研究问题

• RQ1 K波段光度函数的形状在不同哈勃形态类型之间如何变化？
• RQ2 每种形态类型对本地宇宙中总K波段光度密度的贡献占比是多少？
• RQ3 早型星系与晚型星系的光度函数在形式上是否存在显著差异？若有，具体表现为何种差异？
• RQ4 与宽泛的早型/晚型分组相比，形态学分离在多大程度上改变了对整体K波段光度函数的解释？

主要发现

• 晚型旋涡星系（Sc–Scd）表现出在低光度处上升的幂律光度函数，表明盘面主导的暗弱星系密度较高。
• 椭圆星系、透镜星系（S0）及核球主导的旋涡星系（S0/a–Sbc）呈现峰值光度函数，且在高光度和低光度处均出现下降，反映出更演化、更致密的恒星种群。
• 每种形态类型（E、S0、S0/a–SAb、Sb–Sbc、Sc–Scd）对总K波段光度密度的贡献约为16–22%，早型星系的总贡献约为68%。
• 总K波段光度密度为（5.8 ± 1.2）× 10⁸ h L⊙ Mpc⁻³，各类间K波段M/L比值变化极小（≤7%），意味着每类对恒星质量密度的贡献基本相等。
• 结果与早期将星系归为宽泛早/晚型的研究相矛盾，表明此类分组掩盖了光度函数形状中显著的形态学差异。
• 矮椭圆星系表现出独特的光度函数，与先前研究一致，可能代表了独立的形成路径。