第312章 星系（2/2）

星流（如NGC 3379）：潮汐破坏产物

3. 形成演化机制

主要形成通道：

机制 典型产物 关键证据

湿合并（gasrich） 场区椭圆星系 ULIRG→E过渡天体（如NGC 7252）

干合并（gaspoor） 星系团中心cD星系 多重壳层结构

早型坍缩 致密椭圆星系（如M32） 高α元素丰度

关键演化过程：

形态淬灭（Morphological Quenchg）：

星系盘动力学加热→抑制冷气体坍缩

环境剥离：

冲压剥离（Ra Pressure）

潮汐剥离（Tidal Strippg）

4. 恒星种群特性

化学演化特征：

α元素增强（[α/Fe] ≈ +0.3）

金属丰度梯度平缓（Δ[Z/H]/Δlog r ≈ 0.1）

质量金属丰度关系：Z ∝ M?·3?

星族年龄诊断：

Lick指数分析：

Hβ ＜ 1.8 ?（老年星族）

Mg? ＞ 0.3 ag（高α丰度）

紫外过剩（UV upturn）：

晚型水平分支星贡献（如M87的FUV辐射）

5. 观测诊断技术

动力学建模方法：

Schwarzschild轨道叠加

Jeans方程反演

积分场光谱（IFU）应用（如ATLAS3D项目）

典型观测特征：

```python

椭圆星系表面亮度拟合示例

def deVauuleurs(R, Ie, Re):

return Ie exp(7.67[(R/Re)(1/4) 1])

```

多波段特征：

波段 主要辐射源 科学价值

Xray 热气体（kT≈1 keV） 测量星系总质量

光学 巨星贡献 星族年龄测定

射电 AGN喷流（少数） 黑洞反馈研究

6. 前沿研究问题

1. 核心形成机制：

双黑洞动力学摩擦导致核心扫除（Core Surg）

模拟预测与观测的定量差异（缺失核问题）

2. 超致密椭圆星系（UCD）：

究竟是剥离的核区（如M32）还是巨大星团？

质量范围：10?10? M☉

3. 椭圆星系初始质量函数（IMF）：

向低质量端倾斜（与螺旋星系IMF差异）

引力透镜约束显示IMF随σ0变化

7. 经典研究案例

M87（Virgo A）：

首个直接成像黑洞的星系（EHT观测）

喷流动力学尺度：5 kpc（光学） 100 kpc（射电）

暗物质晕质量：~1013 M☉（弱引力透镜测定）

NGC 4889：

后发座超巨椭圆星系

中心黑洞质量：(2.1±0.9)×101? M☉

恒星速度弥散：~400 k/s

椭圆星系研究正从形态描述转向精确的动力学反演和形成历史重建。新一代望远镜（如JWST、Euclid）将提供更高红移样本，有望揭示其早期形成细节。

三、不规则星系（Irregur Gaxy）深度解析

不规则星系是哈勃序列中未归类于螺旋或椭圆结构的特殊星系类型，以其混沌形态、活跃恒星形成和丰富的星际物质着称。以下是该类型星系的系统性分析：

1. 形态学分类体系

Irr I型（Magelnic型）：

存在可辨别的初级结构（如伪旋臂）

示例：大麦哲伦云（LMC，分类为SB）

亚型：

IB：含棒状结构

I：无棒结构

Irr II型（极端不规则）：

完全混沌形态（如M82）

通常由剧烈相互作用导致

特殊子类：

蓝致密矮星系（BCD）：金属贫乏但恒星形成剧烈

潮汐矮星系（TDG）：星系碰撞产物（如蝌蚪星系）

2. 结构动力学特征

质量分布：

典型质量：10?101? M☉

暗物质占比：3080%（低于理论预期）

旋转曲线异常（如IC 10的陡峭上升）

恒星运动学：

速度弥散（σ）与旋转速度（Vrot）比值：0.1 ＜ Vrot/σ ＜ 1

三维运动显示各向异性（如WLM星系）

典型尺度：

| 参数 | 范围 | 对比银河系 |

||||

| 直径 | 110 kpc | ~3% |

| 气体质量 | 10?10? M☉ | 200% |

| 恒星形成率 | 0.011 M☉/yr | % |

3. 恒星形成特性

星暴现象：

局域恒星形成率密度可达10?2 M☉/yr/kpGC 1569）

触发机制：

星系相互作用（如M81/M82系统）

气体吸积（冷流或热核坍缩）

星际介质特征：

气体占比：3090%（最高比例星系类型）

金属丰度梯度：Δ[Fe/H]/ΔR ≈ 0.05 dex/kpc（平缓）

星族组成：

```ath

\Psi(t) \propto t^{β}e^{t/τ} \quad (β≈1.5, τ≈3\ Gyr)

```

年轻星团质量谱：dN/dM ∝ M?2

4. 化学演化模型

元素丰度特征：

氧丰度：12+log(O/H) ≈ 7.68.4

α元素增强：[α/Fe] ≈ +0.1 to +0.3

时间演化方程：

```ath

\frac{dZ}{dt} = y(1R)\psi(t) Z(t)\psi(t)

```

（y≈0.02为产率，R≈0.3为返回率）

尘埃特性：

尘埃气体比：10??10?3（低于螺旋星系）

紫外消光曲线陡峭（2175?驼峰弱化）

5. 形成与演化路径

原生不规则星系：

晚期气体吸积延迟形态演化

动力学时标长（低表面亮度）

次生不规则星系：

| 形成机制 | 典型特征 | 示例 |

||||

| 潮汐剥离 | 长尾结构 | 天线星系（NGC 4038/9）|

| 并合残余 | 多重核 | Arp 220 |

| 星系 harassnt | 高度湍流 | UGC 1281 |

演化终点预测：

气体耗尽→过渡为矮椭圆星系（dE）

持续吸积→可能发展为矮螺旋星系

6. 观测诊断技术

多波段特征：

| 波段 | 主导辐射源 | 科学价值 |

||||

| 紫外 | O/B型星 | 恒星形成率测量 |

| Hα | HⅡ区 | 电离气体分布 |

| 21 | HI中性氢 | 动力学质量测定 |

| 亚毫米 | 冷尘埃（＜30K） | 分子云质量估算 |

运动学建模方法：

倾斜环模型（适用于部分旋转系统）

直接轨道积分（适用于混沌系统）

7. 前沿研究问题

1. 暗物质悖论：

部分矮不规则星系（如NGC 1051DF4）表现缺失暗物质现象

可能解释：潮汐剥离或IMF变异

2. 金属丰度平台：

最低金属丰度星系（12+log(O/H)≈7.0）的化学演化停滞机制

3. 莱曼连续辐射逃逸：

作为宇宙再电离源的可能性评估（如Sextans A）

8. 典型天体案例

大麦哲伦云（LMC）：

质量：~101? M☉

恒星形成史：脉冲式（最近爆发6亿年前）

独特结构：偏心棒+单旋臂

IC 10：

本星系群最活跃星暴星系

WolfRayet星比例异常高

Haro 11：

蓝致密矮星系

莱曼α光子逃逸率≈3%

不规则星系是研究星系初始条件与扰动响应的天然实验室。JWST对高红移矮星系的观测正改写其演化认知（如z≈9的GNz11）。