[论文解读] The population of barred galaxies in the local universe I. Detection and characterisation of bars

J. A. L. Aguerri, J. Méndez‐Abreu+1 more|ArXiv.org|Jan 15, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 112被引用 135

一句话总结

本研究基于斯隆数字巡天（SDSS）的r波段图像，分析了2,106个体积受限的盘状星系样本，以检测并表征棒状结构。研究发现棒状结构的占比为45%，且晚期型旋涡星系中的棒较短且较弱，而早期型或透镜星系中的棒则更长更强。研究还揭示，棒的性质与宿主星系的形态和中心集中度密切相关，但与局部环境无关。

ABSTRACT

(Abridge) Bars are very common in the centre of the disc galaxies, and they drive the evolution of their structure. A volume-limited sample of 2106 disc galaxies extracted from the Sloan Digital Sky Survey Data Release 5 was studied to derive the bar fraction, length, and strength as a function of the morphology, size, local galaxy density, light concentration, and colour of the host galaxy. The bars were detected using the ellipse fitting method and Fourier analysis method. The ellipse fitting method was found to be more efficient in detecting bars in spiral galaxies. The fraction of barred galaxies turned out to be 45%. A bar was found in 29% of the lenticular galaxies, in 55% and 54% of the early- and late-type spirals, respectively. The bar length (normalised by the galaxy size) of late-type spirals is shorter than in early-type or lenticular ones. A correlation between the bar length and galaxy size was found with longer bars hosted by larger galaxies. The bars of the lenticular galaxies are weaker than those in spirals. Moreover, the unimodal distribution of the bar strength found for all the galaxy types argues against a quick transition between the barred and unbarred statues. There is no difference between the local galaxy density of barred and unbarred galaxies. Besides, neither the length nor strength of the bars are correlated with the local density of the galaxy neighbourhoods. In contrast, a statistical significant difference between the central light concentration and colour of barred and unbarred galaxies was found. Bars are mostly located in less concentrated and bluer galaxies. These results indicate that the properties of bars are strongly related to those of their host galaxies, but do not depend on the local environment.

研究动机与目标

• 确定本地宇宙中盘状星系统计显著样本中的棒状结构占比，并表征棒的长度与强度特征。
• 研究棒的性质与宿主星系形态、大小、光度集中度、颜色及局部环境之间的相关性。
• 评估棒的形成与演化是由内部过程驱动，还是受外部环境因素影响。
• 利用模拟图像校准棒检测方法，以确保棒长度与强度测量的准确性。
• 检验棒在低集中度、更蓝的星系中更普遍，而在高集中度的透镜星系中更少见的假设。

提出的方法

• 使用斯隆数字巡天数据发布5（SDSS DR5）的r波段图像，针对2,106个盘状星系的体积受限样本进行分析。
• 应用椭圆拟合与傅里叶分析检测并测量棒的性质，通过在人工星像上进行大量模拟验证其可靠性。
• 利用不同类型（Ferrers型、Freeman型、平坦型）的模拟棒校准棒长度测量，以纠正系统性低估问题。
• 采用Abraham & Merrifield（2000）的参数化方法定义棒强度，基于棒的椭圆度。
• 按形态分类星系（S0型、早型、晚型旋涡星系），测量星系大小与光度集中度，并使用第五近邻邻居法评估局部星系密度。
• 执行Kolmogorov-Smirnov检验与相关性分析，以评估观测关系的统计显著性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在本地盘状星系的体积受限样本中，棒状结构的占比是多少？其随星系形态如何变化？
• RQ2 棒的长度与强度如何与星系大小、光度集中度及颜色相关？
• RQ3 棒的性质是否显著依赖于局部星系密度或环境背景？
• RQ4 测量偏差在多大程度上影响棒长度估计值？能否通过经验方法进行校正？
• RQ5 棒强度的单峰分布是否支持连续演化情景，而非周期性形成与破坏？

主要发现

• 样本中总体棒状结构占比为45%，其中55%的早型旋涡星系、54%的晚型旋涡星系以及29%的透镜星系含有棒状结构。
• 棒长度（归一化为星系大小）在透镜星系中显著大于早型或晚型旋涡星系，Kolmogorov-Smirnov检验确认了这一差异具有统计显著性。
• 所有形态类型的星系中，棒长度与星系大小呈正相关，相关性在晚型旋涡星系中最强（r = 0.52），在透镜星系中最弱（r = 0.38）。
• 透镜星系中的棒比旋涡星系中的棒更弱，中位棒强度分别为0.16（S0型）、0.19（早型旋涡星系）和0.20（晚型旋涡星系）。
• 在棒星系与无棒星系之间未发现局部星系密度的显著差异，且棒长度与强度均不与局部环境相关，即使在高密度区域（log(Σ₅) > 0 Gal/Mpc²）也无显著关联。
• 棒星系主要分布在集中度较低且颜色更蓝的星系中，表明中心光度集中度是抑制棒形成的关键因素，与N体模拟结果一致。