衛(wèi)星星系數目分布的研究進展

摘 ?要：衛(wèi)星星系存在于暗暈的子結構中，是暗物質暈等級成團的最直接的證據，為了解目前對衛(wèi)星星系數目分布的研究現狀，文章采用文獻調查法對衛(wèi)星星系的數目分布的研究進行了深入的調查，總結了衛(wèi)星星系數目分布對中央星系的恒星質量的依賴，對星系所處的暗暈質量的依賴，對星系所處的大尺度結構的依賴，也總結了衛(wèi)星星系的數目對中央星系的顏色和中央星系的形態(tài)的依賴。

關鍵詞：中央星系;衛(wèi)星星系;暗暈;顏色;形態(tài);環(huán)境

中圖分類號：TP391;P15 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）14-0032-04

Abstract： Satellite galaxies exist in the substructure of dark halos， which is the most direct evidence of the hierarchical clustering of dark matter halos. In order to understand the current research status of the number distribution of satellite galaxies， the paper uses the literature survey method to deeply investigate the number distribution of satellite galaxies， and summarizes the dependence of the number distribution of satellite galaxies on the stellar mass of the central galaxy， and the dependence on the mass of the dark halo in which the galaxy is located and on the large-scale structure in which the galaxy is located. It also summarizes the dependence of the number of satellite galaxies on the color and shape of the central galaxy.

Keywords： central galaxy; satellite galaxy; dark matter halo; color; form; environment

0 ?引 ?言

根據星系形成理論，星系是在暗暈的中央形成的。而暗暈的形成是從小至大，等級成團的，低質量的暗物質暈先形成，然后經過吸積、并合形成更大質量的暗暈，星系就在暗暈的中央經過氣體冷卻、恒星形成和反饋等物理過程形成。在暗暈的并合過程中，小質量暗暈掉入大質量暗暈中，被稱為最大暗暈的子暗暈，最大的暗暈被稱為中央暗暈;中央暗暈中的星系被稱為中央星系，子暗暈中的星系被稱為衛(wèi)星星系。衛(wèi)星星系通過引力的作用環(huán)繞在中央星系周圍。

根據哈勃星系分類法，目前將星系分成漩渦星系和橢圓星系兩種類型，根據星系形成理論，星系在形成初期大多是漩渦狀，經過星系并合等一系列復雜的過程，由漩渦狀逐漸演變成橢圓狀，所以漩渦星系多是年輕的星系，呈藍色，橢圓星系多是年老的星系，呈紅色。

已經有許多研究者表明，衛(wèi)星星系的數目與星系所處的大尺度結構有依賴關系，處于纖維狀的星系擁有更多的衛(wèi)星星系;衛(wèi)星星系的數目與中央星系的恒星質量有關系，中央星系恒星質量越大，衛(wèi)星星系數目越多;衛(wèi)星星系的數目對星系所處的暗暈質量也有依賴，暗暈質量越大，為衛(wèi)星星系數目越多;衛(wèi)星星系的數目對中央星系的形態(tài)（顏色）也有依賴，橢圓中央星系（紅色）的衛(wèi)星星系數目比漩渦中央星系（藍色）的多。

為了仔細研究衛(wèi)星星系數目對這些物理量的依賴，將根據不同的依賴關系仔細進行闡述。

1 ?衛(wèi)星星系數目分布的研究

1.1 ?對中央星系恒星質量、顏色的依賴

2012年王等人發(fā)現，衛(wèi)星星系的數目依賴于中央星系的恒星質量，中央星系恒星質量越大的，其衛(wèi)星星系的數目越多，如圖1所示。

圖1上方是斯隆數字巡天（SDSS）觀測數據所得的結果，從交點以后從上至下依次是紅色、所有和藍色中央星系的衛(wèi)星星系數目分布與中央星系恒星質量的關系，下方是模擬數據所得，從左側看從上至下分別代表紅色、所有和藍色中央星系的衛(wèi)星星系數量分布與中央星系恒星質量的關系?？梢钥吹剑醒胄窍岛阈琴|量越大，衛(wèi)星星系數目越多，并且，總體而言紅色中央星系的衛(wèi)星星系數目比藍色中央星系多。所以王等人的結論是，衛(wèi)星星系的數目與中央星系的恒星質量有關，恒星質量越大，衛(wèi)星星系數目越多。并且，總體而言紅色中央星系的衛(wèi)星星系數目比藍色中央星系的多。

1.2 ?對星系所處暗暈質量的依賴

根據前文所述衛(wèi)星星系數目對中央星系恒星質量有很強的依賴性，許多研究表明，中央星系恒星質量與暗暈質量有關，這里不一一展示，僅展示Wang的結果，如圖2所示的模擬中紅色與藍色中央星系所在暗暈的質量分布，五張子圖代表五個不同質量范圍的中央星系，每張子圖中靠左側的是藍色中央星系，靠右側的是紅色中央星系（最大質量范圍的子圖較高的是藍色星系，較低的是紅色星系）比較五個圖可以看出，越大質量的中央星系，所處的暗暈質量越大，并且除了最大質量的中央星系外，紅色星系的暗物質暈要明顯大于藍色中央星系。根據圖1，衛(wèi)星星系的數目與中央星系的恒星質量的關系，王自然而然的推測衛(wèi)星星系的分布與星系所處的暗暈質量也關。

所以王給出了衛(wèi)星星系的數目與暗暈質量的關系，如圖3，從上至下一次的線條依次是是圖例給出的五個從大到小的暗暈質量范圍的的衛(wèi)星星系數目與中央星系的恒星質量的關系，可以看出兩點，中央星系的恒星質量越大，衛(wèi)星星系的數目越多，星系所在的暗暈質量越大，衛(wèi)星星系的數目越多。越大質量的中央星系所寄居的暗暈質量越大。

Teklu在2017年也研究了衛(wèi)星星系數目與暗暈的質量之間的聯(lián)系，他發(fā)現了與Wang類似的結果：衛(wèi)星星系的數目與中央星系所處暗暈質量成正比，寄居在高質量的暗暈的中央星系比寄居在低質量的中央星系擁有更多的衛(wèi)星星系，并且這種相關性與暗暈的形成歷史無關，即：幾種紅移下這種相關性相同，如圖4所示。

圖中每個子圖是不同紅移下的衛(wèi)星星系數目與暗暈質量的關系。但是與Wang不同的是，他發(fā)現，在相同的暗暈質量下，衛(wèi)星星系的數目與中央星系的形態(tài)（顏色）無關。在相同的暗暈質量大，橢圓星系與漩渦星系的衛(wèi)星星系數目相同。

1.3 ?對中央星系形態(tài)的依賴

Ruiz在2015年發(fā)現，橢圓中央星系的衛(wèi)星星系數目比漩渦中央星系的衛(wèi)星星系數目多。Ruiz使用的是斯隆字巡天（SDSS）DR10的數據，并且僅對紅移小于0.025的大質量中央星系樣本（1011

Ruiz從統(tǒng)計上展示了幾種形態(tài)的衛(wèi)星星系的數目分布，如圖5和圖6，圖5和圖6從上至下四個陰影分別是E、S0、Sa和Sb/c四個形態(tài)，這里值得一提的是，圖5和圖6是用衛(wèi)星星系的恒星質量與星系所處的暗暈質量的比值作為橫坐標（Msat/Mhost），圖5是衛(wèi)星星系數目的累計分布，圖6是平均每個暗暈的衛(wèi)星星系的數目分布，Ruiz根據圖5得出的結論是：橢圓中央星系（E形態(tài)）的衛(wèi)星星系數目比漩渦星系（Sa和Sb/c）的多，根據圖6得出的結論是：橢圓中央星系的衛(wèi)星星系數目比漩渦中央星系的多，并且Msat/Mhost小于0.4時，衛(wèi)星星系數目隨Msat/Mhost增大而增大，Msat/Mhost大于0.4時，衛(wèi)星星系的數目隨Msat/Mhost增大而減小。

Teklu在2017年繼續(xù)研究了衛(wèi)星星系的分布與中央星系形態(tài)的關系。與Ruiz利用哈勃分類法直接依據視覺形態(tài)來分類的方法不同，Teklu根據星系的恒星角動量和恒星質量計算一個b值，利用統(tǒng)計學的方法來對星系的形態(tài)進行分類：

其中j是星系的恒星角動量，根據b值將星系分為兩種類型，將b>-4.35的定義為盤狀星系，將b<-4.73的定義為橢圓星系（球狀星系）。介于這之間的被定義為中間星系。他得到了與Puiz相同的結論：橢圓中央星系的衛(wèi)星星系數目比漩渦星系的多，如圖7，紅線、綠線和藍線分別代表橢圓中央星系，中間星系和漩渦中央星系。上方是累計分布，下方是平均每個暗暈的衛(wèi)星星系分布，上下均是從上至下依次是橢圓星系、中間星系、盤狀星系。橫坐標與Puiz在2015年所用的相同（衛(wèi)星星系的恒星質量與暗暈質量的比值：Msat/Mgal）。

1.4 ?對星系所處的大尺度結構的依賴

宇宙大尺度結構是星系形成的舞臺，一般而言，宇宙大尺度結構分為四個部分：空洞結構（void）、片狀結構（sheet）、團狀結構（cluster）、和纖維狀結構（filament）。

2017年郭利用斯隆數字巡天的數據發(fā)現，衛(wèi)星星系的分布與星系所處的大尺度環(huán)境有關，她們發(fā)現，處于纖維狀結構的星系的衛(wèi)星星系的光度函數高于處于其他結構的星系。也就是說，有可能是處于纖維狀的中央星系比處于其他結果的擁有更多的衛(wèi)星星系，而Neyrinck早在2014年就已經表明處于纖維狀結構的的暗暈比處于其他結構的暗暈擁有更多的子結構，根據星系形成理論，宿主暗暈中的星系被稱為中央星系，子結構（子暗暈）中的星系被稱為衛(wèi)星星系，也就是說，處于纖維狀的星系擁有更多的衛(wèi)星星系。

2 ?結 ?論

綜上所述，文章總結了衛(wèi)星星系數目分布的研究現狀，衛(wèi)星星系數目分布與暗暈質量、中央星系的恒星質量、中央星系的顏色的關系，衛(wèi)星星系數目與星系所處的大尺度的關系，以及與中央星系的形態(tài)的關系。中央星系的恒星質量越大，星系所處的暗暈質量越大，衛(wèi)星星系的數目越多，紅色中央星系的衛(wèi)星星系數目比藍色中央星系的衛(wèi)星星系數目多，橢圓中央星系的衛(wèi)星衛(wèi)星星系數目比漩渦中央星系的多，處于纖維狀結構的星系比處于其他結構的星系的衛(wèi)星星系數目多。

這些學者對衛(wèi)星星系的分布研究的以及很全面了，可以初步檢驗冷暗物質模型以及星系形成理論，但是衛(wèi)星星系的數目分布對于中央星系的恒星質量、暗暈的質量、星系的顏色和形態(tài)以及星系所處的大尺度環(huán)境的依賴并沒有給出一個很好的物理解釋，星系的形成過程是相當復雜的，星系的恒星形成率，暗暈的氣體等都會對星系的分布造成影響，所以期望有更多關于這方面的研究，更好的解釋衛(wèi)星星系的數目分布的差異。

參考文獻：

[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.

[3] PABLO R，IGNACIO T，Esther M Q. The abundance of satellites depends strongly on the morphology of the host galaxy [J].Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，2015，454（2）：1605-1619.

[4] GUO Q，TEMPEL E，LIBESKIND N I. Galaxies in filaments have more satellites：the influence of the cosmic web on the satellite luminosity function in the SDSS [J].The Astrophysical Journal，2014，800（2）：1-8.

[5] TEKLU A F，REMUS R S，DOLAG K，et al. The Morphology-Density-Relation：Impact on the Satellite Fraction [J].Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，2017，472（4）：4769-4785.

[6] HUCHRA J P，GELLER M J. Groups of galaxies. I-Nearby groups [J].The Astrophysical Journal，1982，257（2）：423-437.

[7] DE LAPPARENT V，GELLER M J，HUCHRA J P. A Slice of the Universe [J/OL].The Astrophysical Journal，1986，302：[2021-05-24].https：//ui.adsabs.harvard.edu/abs/1986ApJ...302L...1D/abstract.

[8] BELL E F，SLATER C T，MARTIN N F. Andromeda XXIX：A New Dwarf Spheroidal Galaxy 200 kpc from Andromeda [J/OL].The Astrophysical Journal Letters，2011，742（1）：1-5. https：//iopscience.iop.org/article/10.1088/2041-8205/742/1/L15.

[9] RACHEL M，WANG W，ZU Y，et al. Strong bimodality in the host halo mass of central galaxies from galaxy–galaxy lensing [J].Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，2016（3）：3.

作者簡介：古慧（1997—），女，漢族，四川綿陽人，理學碩士在讀，研究方向：天文學。