卫星星系数目分布的研究进展

　　摘 要：卫星星系存在于暗晕的子结构中，是暗物质晕等级成团的最直接的证据，为了解目前对卫星星系数目分布的研究现状，文章采用文献调查法对卫星星系的数目分布的研究进行了深入的调查，总结了卫星星系数目分布对中央星系的恒星质量的依赖，对星系所处的暗晕质量的依赖，对星系所处的大尺度结构的依赖，也总结了卫星星系的数目对中央星系的颜色和中央星系的形态的依赖。

　　关键词：中央星系;卫星星系;暗晕;颜色;形态;环境

　　引 言

　　根据星系形成理论，星系是在暗晕的中央形成的。而暗晕的形成是从小至大，等级成团的，低质量的暗物质晕先形成，然后经过吸积、并合形成更大质量的暗晕，星系就在暗晕的中央经过气体冷却、恒星形成和反馈等物理过程形成。在暗晕的并合过程中，小质量暗晕掉入大质量暗晕中，被称为最大暗晕的子暗晕，最大的暗晕被称为中央暗晕;中央暗晕中的星系被称为中央星系，子暗晕中的星系被称为卫星星系。卫星星系通过引力的作用环绕在中央星系周围。

　　根据哈勃星系分类法，目前将星系分成漩涡星系和椭圆星系两种类型，根据星系形成理论，星系在形成初期大多是漩涡状，经过星系并合等一系列复杂的过程，由漩涡状逐渐演变成椭圆状，所以漩涡星系多是年轻的星系，呈蓝色，椭圆星系多是年老的星系，呈红色。

　　已经有许多研究者表明，卫星星系的数目与星系所处的大尺度结构有依赖关系，处于纤维状的星系拥有更多的卫星星系;卫星星系的数目与中央星系的恒星质量有关系，中央星系恒星质量越大，卫星星系数目越多;卫星星系的数目对星系所处的暗晕质量也有依赖，暗晕质量越大，为卫星星系数目越多;卫星星系的数目对中央星系的形态(颜色)也有依赖，椭圆中央星系(红色)的卫星星系数目比漩涡中央星系(蓝色)的多。

　　为了仔细研究卫星星系数目对这些物理量的依赖，将根据不同的依赖关系仔细进行阐述。

　　1 卫星星系数目分布的研究

　　1.1 对中央星系恒星质量、颜色的依赖

　　2012年王等人发现，卫星星系的数目依赖于中央星系的恒星质量，中央星系恒星质量越大的，其卫星星系的数目越多，如图1所示。

　　图1上方是斯隆数字巡天(SDSS)观测数据所得的结果，从交点以后从上至下依次是红色、所有和蓝色中央星系的卫星星系数目分布与中央星系恒星质量的关系，下方是模拟数据所得，从左侧看从上至下分别代表红色、所有和蓝色中央星系的卫星星系数量分布与中央星系恒星质量的关系。可以看到，中央星系恒星质量越大，卫星星系数目越多，并且，总体而言红色中央星系的卫星星系数目比蓝色中央星系多。所以王等人的结论是，卫星星系的数目与中央星系的恒星质量有关，恒星质量越大，卫星星系数目越多。并且，总体而言红色中央星系的卫星星系数目比蓝色中央星系的多。

　　1.2 对星系所处暗晕质量的依赖

　　根据前文所述卫星星系数目对中央星系恒星质量有很强的依赖性，许多研究表明，中央星系恒星质量与暗晕质量有关，这里不一一展示，仅展示Wang的结果，如图2所示的模拟中红色与蓝色中央星系所在暗晕的质量分布，五张子图代表五个不同质量范围的中央星系，每张子图中靠左侧的是蓝色中央星系，靠右侧的是红色中央星系(最大质量范围的子图较高的是蓝色星系，较低的是红色星系)比较五个图可以看出，越大质量的中央星系，所处的暗晕质量越大，并且除了最大质量的中央星系外，红色星系的暗物质晕要明显大于蓝色中央星系。根据图1，卫星星系的数目与中央星系的恒星质量的关系，王自然而然的推测卫星星系的分布与星系所处的暗晕质量也关。

　　所以王给出了卫星星系的数目与暗晕质量的关系，如图3，从上至下一次的线条依次是是图例给出的五个从大到小的暗暈质量范围的的卫星星系数目与中央星系的恒星质量的关系，可以看出两点，中央星系的恒星质量越大，卫星星系的数目越多，星系所在的暗晕质量越大，卫星星系的数目越多。越大质量的中央星系所寄居的暗晕质量越大。

　　Teklu在2017年也研究了卫星星系数目与暗晕的质量之间的联系，他发现了与Wang类似的结果：卫星星系的数目与中央星系所处暗晕质量成正比，寄居在高质量的暗晕的中央星系比寄居在低质量的中央星系拥有更多的卫星星系，并且这种相关性与暗晕的形成历史无关，即：几种红移下这种相关性相同，如图4所示。

　　图中每个子图是不同红移下的卫星星系数目与暗晕质量的关系。但是与Wang不同的是，他发现，在相同的暗晕质量下，卫星星系的数目与中央星系的形态(颜色)无关。在相同的暗晕质量大，椭圆星系与漩涡星系的卫星星系数目相同。

　　1.3 对中央星系形态的依赖

　　Ruiz在2015年发现，椭圆中央星系的卫星星系数目比漩涡中央星系的卫星星系数目多。Ruiz使用的是斯隆字巡天(SDSS)DR10的数据，并且仅对红移小于0.025的大质量中央星系样本(1011　　Ruiz从统计上展示了几种形态的卫星星系的数目分布，如图5和图6，图5和图6从上至下四个阴影分别是E、S0、Sa和Sb/c四个形态，这里值得一提的是，图5和图6是用卫星星系的恒星质量与星系所处的暗晕质量的比值作为横坐标(Msat/Mhost)，图5是卫星星系数目的累计分布，图6是平均每个暗晕的卫星星系的数目分布，Ruiz根据图5得出的结论是：椭圆中央星系(E形态)的卫星星系数目比漩涡星系(Sa和Sb/c)的多，根据图6得出的结论是：椭圆中央星系的卫星星系数目比漩涡中央星系的多，并且Msat/Mhost小于0.4时，卫星星系数目随Msat/Mhost增大而增大，Msat/Mhost大于0.4时，卫星星系的数目随Msat/Mhost增大而减小。

　　Teklu在2017年继续研究了卫星星系的分布与中央星系形态的关系。与Ruiz利用哈勃分类法直接依据视觉形态来分类的方法不同，Teklu根据星系的恒星角动量和恒星质量计算一个b值，利用统计学的方法来对星系的形态进行分类：

　　其中j是星系的恒星角动量，根据b值将星系分为两种类型，将b>-4.35的定义为盘状星系，将b<-4.73的定义为椭圆星系(球状星系)。介于这之间的被定义为中间星系。他得到了与Puiz相同的结论：椭圆中央星系的卫星星系数目比漩涡星系的多，如图7，红线、绿线和蓝线分别代表椭圆中央星系，中间星系和漩涡中央星系。上方是累计分布，下方是平均每个暗晕的卫星星系分布，上下均是从上至下依次是椭圆星系、中间星系、盘状星系。横坐标与Puiz在2015年所用的相同(卫星星系的恒星质量与暗晕质量的比值：Msat/Mgal)。

　　1.4 对星系所处的大尺度结构的依赖

　　宇宙大尺度结构是星系形成的舞台，一般而言，宇宙大尺度结构分为四个部分：空洞结构(void)、片状结构(sheet)、团状结构(cluster)、和纤维状结构(filament)。

　　2017年郭利用斯隆数字巡天的数据发现，卫星星系的分布与星系所处的大尺度环境有关，她们发现，处于纤维状结构的星系的卫星星系的光度函数高于处于其他结构的星系。也就是说，有可能是处于纤维状的中央星系比处于其他结果的拥有更多的卫星星系，而Neyrinck早在2014年就已经表明处于纤维状结构的的暗晕比处于其他结构的暗晕拥有更多的子结构，根据星系形成理论，宿主暗晕中的星系被称为中央星系，子结构(子暗晕)中的星系被称为卫星星系，也就是说，处于纤维状的星系拥有更多的卫星星系。

　　2 结 论

　　综上所述，文章总结了卫星星系数目分布的研究现状，卫星星系数目分布与暗晕质量、中央星系的恒星质量、中央星系的颜色的关系，卫星星系数目与星系所处的大尺度的关系，以及与中央星系的形态的关系。中央星系的恒星质量越大，星系所处的暗晕质量越大，卫星星系的数目越多，红色中央星系的卫星星系数目比蓝色中央星系的卫星星系数目多，椭圆中央星系的卫星卫星星系数目比漩涡中央星系的多，处于纤维状结构的星系比处于其他结构的星系的卫星星系数目多。

　　这些学者对卫星星系的分布研究的以及很全面了，可以初步检验冷暗物质模型以及星系形成理论，但是卫星星系的数目分布对于中央星系的恒星质量、暗晕的质量、星系的颜色和形态以及星系所处的大尺度环境的依赖并没有给出一个很好的物理解释，星系的形成过程是相当复杂的，星系的恒星形成率，暗暈的气体等都会对星系的分布造成影响，所以期望有更多关于这方面的研究，更好的解释卫星星系的数目分布的差异。

　　参考文献：

　　[1] WHITE S D M，REES M J. Core condensation in heavy halos：a two-stage theory for galaxy formation and clustering [J].Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，1978，183(3)：341-358.

　　[2] WANG W T，SALES L V，HENRIQUES B M B，et al. Satellite abundances around bright isolated galaxies – II. Radial distribution and environmental effects [J].Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，2014，442(2)：1363-1378.

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