Masters2025MorphologicalClassificationGalaxies
Brief
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- 形态学和 dynamics 关系最紧密
- 对 spiral/ETG 的描述可以作为 bookmark，尤其是 spiral galaxy 中的 arm/bar/ring
Intro
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- 形态学更多地和星系动力学相关，可以作为测量恒星轨道运动的 proxy
- disk 代表恒星的有序的共向旋转，而椭球体代表恒星运动由无序的随机运动主导（dispersion support）
- 主要的分类方法包括 visual 方法、形态参数测量、crowd scientists 模式（比如 galaxy zoo）、机器学习
Classification
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- 最初的分类体系就是 Hubble fork
- 另外一个常用的形态学目录是 RC3（1991）
- T-type 是较早的将星系形态数值化的尝试
- SDSS 带来的大数据量（大约包括 250k 的亮星系）使得手动分类不再是可行的选择
- 一种办法是半自动的参数提取，比如核球/总 flux ratio
- 非参数化测量指的是对 footprint 上所有的 pixel value 进行数学统计，统计量包括 CAS system (concentration, asymmetry, clumpiness) 以及 Gini 系数
- 颜色是一种和形态存在关联（椭圆偏红、漩涡偏蓝）的可量化指标，但是存在例外
- Galaxy Zoo 是一个非常著名的公众合作项目
- ML 主要分为有/无监督两类，后者在没有先验信息/数据集的情况下自动将具有相似特征的星系归为一类
- Tab1 提供了可能带来混淆的术语总结，以及 t-type、RC3 type 以及 galaxy zoo 等系统之间的对应关系
Types
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spiral/disc Galaxy
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- disk 的概念比 spiral 更普遍一些
- 一般 disk 亮度分布遵从指数形式 $I(r)\propto \exp(-r)$，而核球遵从 n=4 的 Sersic 亮度分布，光度分布更加集中
- 在 Hubble 序列中 spiral galaxy 根据旋臂的松散程度进行 abc 的区分：a 更靠近 elliptical，c 在 disk 的意义上更加纯粹
- 现代看来旋臂的松紧程度和“how disky”并无关联，而是和 bulge/total flux ratio 关系更紧密
- Hubble 采用 early/late 并不是因为持有星系演化的错误观点（urban legend），而是用恒星的 early/late 术语描述星系的光谱特征
- 描述 spiral arm 形态的参数一般是 pitch angle，螺距角不随半径变化的螺线称作对数螺线（log spiral）
- 旋臂有絮状（flocculent）、grand design、multi-arm 的大致分类，对应的星系质量/大小递增
- 絮状指的是旋臂没有宏观对称性，而是呈现破碎、片段的特征
- grand design 指的是两条高度对称、贯穿星系整体的清晰旋臂
- multi arm 指两条以上的不对称、连续的旋臂
- fig3 中左侧/中间/右上/右下分别对应絮状、edge-on、multi-arm 以及 grand design
- bar 是星系自然演化出的动力学特征
- 可见光波段下大约 30% 的旋涡星系具有 bar，但是如果考虑 NIR band 这个比例会升高到 60/70%
- 旋涡星系没有 bar 从动力学上来看是 unexpected 的，这些星系一般质量较低、富含气体
- bar 在物理上可以起到输送气体、抑制 SF 的作用
- ring 的产生是动力学共振的结果，更可能和 strong bar 共同出现
- 可以分为位于最中心的 nuclear ring、位于 bar 边缘的 inner ring 以及位于星系之外的 outer ring
- 侧向观察下的 spiral galaxy 具有 spindle-like 的形状
- edge-on 视角可以看到星系盘的厚度、垂直结构、尘埃带、薄盘/厚盘特征
- 核球可能具有 boxy/peanut/X shape，可能是 edge-on bar 的标志
ETG
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- 定义上来说，ETG 除了椭圆星系还包括 S0 lenticular galaxy 甚至 Sa spiral galaxy
- elliptical galaxy 按照椭率分为 E0-E6
- 现代动力学 survey 的观测证明 elliptical galaxy 中存在相当大比例的在隐形 disk 中旋转的成分
- cD (central dominant (diffuse))/BCG 是位于 cluster/group 中心的星系，具有致密 core 以及庞大、弥散的 stellar halo
- cE (compact elliptical) 指的是低质量、致密的星系（UCD？）
- S0 galaxy 中心比较类似椭圆星系，外侧具有 disk，并且没有旋臂结构
- 可能有多种成因，比如耗尽气体从而 faded 的 spiral galaxy
Irregular
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- merging 使得星系被引力扭曲为各种形态、具有 tidal bridge/tail
- 光度由 AGN 主导的星系在图像上呈现为非常明亮的点源
- 深度的观测显示很多星系周围都有 LSB 特征
- 类似 Malin 1 的星系被称作 Giant LSBG
Dwarf
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- 矮星系的数量最多，一般的分类为
- dE (dwarf Elliptical) 相比正常大小的椭圆星系具有更蓝的颜色，并且 Sersic index 比 1 更大
- dSph (dwarf Spheroidal) 相比 dE 更小，一般星族较老
- dI (dwarf Irregular)
- dS (dwarf Spiral) 非常少见
- others: dm, Compact dwarf, UCD, Green pea
- green 的原因是 O emission line
High-z
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- 高红移星系表现出 clumpy 的形态特征，部分原因是观测高红移星系追踪的是和新近恒星形成相关的 UV luminosity
Thoughts
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- Sersic 指数和「光度分布集中/分散」的关系在 $r_e$ 两侧不同？
- 没有太多的对不同形态的从动力学出发的解释