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题名	星系棒图案速度的直接测量
作者	邹燕飞
答辩日期	2018-06
文献子类	博士
授予单位	中国科学院研究生院
授予地点	上海
导师	沈俊太
关键词	旋涡星系 棒旋星系 星系运动学和动力学 星系结构
其他题名	Direct Measurement of the Bar Pattern Speed
学位专业	天体物理学
英文摘要	摘要 棒的图案速度是棒旋星系的一个最重要的动力学参量。棒的图案速度Ωp 的 测量并不容易。目前唯一一种直接测量Ωp 的方法是Tremaine 和Weinberg 在 1984 年提出来的，也称为TW 方法。假设星系中示踪源的表面亮度满足连续性 方程，基于示踪源的测光学和运动学参量即可推导出Ωp。目前学术界利用星系 中多种示踪源，包括老年恒星、中性氢气体(HI)、分子氢气体(H2) 以及离化氢 气体(H )，测量了大约50 个星系中棒的图案速度。星系的共转半径(RCR) 可以 由图案速度结合星系自转曲线得到。进一步对RCR 与棒长abar 的比较表明，大 部分星系棒都是快速旋转的（1 RCR/abar 1:4）。 基于长缝光谱观测，TW 方法一般通过长缝内每个位置处的表面亮度和速度 来推导Ωp。随着积分视场光谱仪(IFU) 的普及，IFU 巡天数据在测量Ωp 上有 着独特的优势。作为SDSS-IV 项目的一部分，MaNGA 巡天将提供大约10000 个近邻星系的IFU 观测数据。我们从MaNGA 巡天的前期数据里选择了一个棒 旋星系的大样本来测量棒的图案速度。在将TW 方法应用到MaNGA 数据之前， 我们用一个模拟星系系统研究了该方法可能存在的问题。我们的测试结果发现长 缝的宽度和数据的分辨率对Ωp 的测量没有显著的影响。然而在IFU 数据上构 建伪长缝时，星系的位置角会造成其形态不对称，进而影响Ωp 的测量结果。为 了消除这一影响，需要对IFU 数据进行格点重塑（grid recasting），使得星系的 位置角与IFU 数据坐标轴平行，从而构建对称的伪长缝。此外，Ωp 的测量结果 也会受到观测视场大小的影响。为了保证测量结果的可靠性，每个星系的Ωp 随 伪长缝长度的变化轮廓在观测视场内必须渐进收敛。在模拟星系中，Ωp 轮廓的 收敛半径大约为1:3Re，但这个半径可能会随着不同的星系变化。在选择测量图 案速度的样本星系时，必须检查每个星系的Ωp 随伪长缝长度的变化轮廓。通过 模拟星系，我们确定了样本星系的较优倾角范围为20◦ i 60◦，棒长轴方向相 对于星系长轴的较优夹角范围为20◦ ϕbar 60◦。以模拟星系的测试结果为指 导，我们从MaNGA 巡天中选出了53 个棒旋星系样本，将此前正式发表的测量 结果的数量翻了一番。在测量过程中，我们用TW 方法的四种不同方式测量了 每个星系的图案速度，并将TW 方法应用了到恒星和H 气体成分上。我们发 现，TW 方法的不同方式得到的结果非常一致。此外，恒星和H 气体成分给出 的测量结果相对一致，但H 气体的图案速度整体要比恒星偏高，且误差棒要大一些。这可能是因为H 气体并不遵守连续性方程导致的。通过Ωp 和星系性质 的对比，我们发现Ωp 可能和棒长相关。棒越长，Ωp 越小。同时，晚型星系中的 Ωp 要比早型星系中的要小。但我们没有发现Ωp 与棒强，星系质量，Sersic 指数 之间有明显相关性。 为了得到RCR/abar 的值，需要先测量棒长abar。观测上，在测量abar 的过 程中都需要对棒的参量进行投影改正。然而，目前依然缺乏对常用的投影改正方 法中存在的误差的估计。模拟星系非常适合用来研究这一点。通过将两个棒旋星 系模型从不同的角度（倾角i 和棒的方位角ϕbar）投影到一个二维平面上，我们 测量了倾斜星系中棒的性质，并利用文献上常用的方法将它们投影改正到了正向 （face-on）。一般来说，投影改正的误差随着倾角的增加而增加。由于棒本身所具 有的垂向厚度，所有的投影改正方法在倾角大于60◦ 的时候误差都很大。在中等 倾角的时候（i 60◦)，二维投影改正方法（解析法和图像拉伸法），以及傅立叶 相关的投影改正方法（傅立叶分解法和棒区间强度比法）的误差都比较小，其对 棒长和椭率的投影改正误差大约为10%。而此时一维解析法的投影改正误差在 极端情况下可能大于100%。我们发现不同的棒的测量方法在投影改正中显示出 系统性差异。我们构建了两个三轴棒的简易模型，这两个模型可以重现出一维和 二维投影改正方法的结果，表明棒的垂向厚度是各种投影改正方法最主要的误差 来源。
语种	中文
学科主题	实测天体物理学
内容类型	学位论文
源URL	[http://119.78.226.72/handle/331011/29872]
专题	上海天文台_中国科学院上海天文台学位论文
作者单位	中国科学院上海天文台
推荐引用方式 GB/T 7714	邹燕飞. 星系棒图案速度的直接测量[D]. 上海. 中国科学院研究生院. 2018.

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