如果是测暗晕质量,这个我不太熟,有印象的相关工作有一种是观测一下旋转曲线,之后明暗两种物质一起还原出来旋转曲线的时候就已经有了暗物质晕的大概分布,总质量就只是个积分了

星系团在x波段看到的是一团热电子,这个热电子热压和星系团本身引力如果有个静力平衡,可以猜出来一个质量:

dp/dr = -\rho g = n \mu m_p GM(<r)/r^2

注意啊这个是 M(<r) ,是小于半径r内的总质量,压强p=nkT,温度,电子密度能用X波段能谱拟合出来,就能得到个差不多的质量,也就是暗晕质量

有的星系团能引力透镜一些后面的星系,通过做一些模型,也就是假设一个星系团在中间的话光线如何传播并被我们看到扭曲的像,也能估计出来一个质量,这个质量其实是使星系扭曲成像的那些质量源的总质量,所以常常比上面那种静力平衡的方法测出来的质量大一点

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如果是测星系的恒星质量,最简单的是质光比,也是最不准的

为此分一下类,比如用色指数分类为红星系和蓝星系,再分别用质光比,好了一点,也不准

也可以用几个波段放在一起弄个经验关系

认真的做星系的恒星质量的话一般是用SED拟合,用尽可能全的波段或者谱,主要是光学和近红外部分,紫外亮恒星不多,中红外的波段恒星也不怎么亮,不过一方面高红移星系的光学和近红外部分会被中红外看到,所以也挺重要的

如果用SED拟合,首先是先要确定红移,做k改正,修正由于红移引起的测光波段不一致的问题,这里面略有技术细节

接下来要有模型拟合,市面上有大量星组合成的程序可用,例如 sedfitting.org 这个网站

当然,你是认真的,是不甘心在网上找个好用的软件直接用的,那么这就是个很好的练习,很多人都做了这种练习:

要假设恒星形成的初始质量函数吧,要假设SFR随时间如何衰减吧,要假设衰减途中是不是突然又有一次恒星形成吧,更重要的是,要假设消光的情况吧,如此这般假设一会,你将会几乎得到了个星系的SED,也就是在你那些假设下的星系的SED,这时候还要顺便检查一下自洽的问题,比如你的参数给你了一个老年星系,那么消光的参数一看好似很年轻,那就是不是不太对,这个自洽性其实挺重要的

有了一堆参数你就能和你拿到的,k改正后的SED对照了,拟合好的时候,姑且相信刚才那些过程吧,就有了一个模型,整理一下模型的参数就能弄一个星系的恒星质量出来

这里面有一点点可以提醒一下的是,中红外恒星形成中星系的PAH feature,如果你的SED里很强烈的PAH,但是拟合的恒星模型里只用了XX03什么的弄了个模板什么的做拟合,这部分是拟合不上的,听说有人问XX03的X,说你们的星族多少\mu m的时候就不准了啊,X说,也就到k波段吧,再往后的有点凑合

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刚才突然想起来有个工作是这样的:

星系质量的测定有哪些方法?插图

来自 Supermassive black holes do not correlate with dark matter haloes of galaxies : http://arxiv.org/pdf/1101.4650v1.pdf,图上黑点来自来自 http://iopscience.iop.org/0004-637X/578/1/90/pdf/0004-637X_578_1_90.pdf

星系的核球,一般说核球的话,就是说一个盘星系,中间比较亮的部分有一点点从盘面上鼓起来,这个结构叫做核球,说一个星系的核球的时候,暗示了这就是个漩涡星系

核球分两种,一种比较经典,classic,各种性质简直就是个小的椭圆星系,但是注意啊,如果真的是个很小的椭圆星系呢,比如矮椭球星系,反而又不像椭圆星系了,另一种核球比较假,pseudo,各种性质有点,注意只是有点像个漩涡星系

测出来一个漩涡星系的旋转曲线后,是可以估计一个暗物质晕质量的,暗物质晕的密度分布常用一种被称为NFW的公式,各种模拟观测验证可用,关于公式的来源,是有一些工作尝试解析的解出来,有了NFW的引力势假设,几乎能有个旋转曲线速度(某个约定好的星系半径处)和暗晕质量的关系,在一些极其简陋的近似后,暗晕质量和速度的三次方正相关,旋转速度两百公里每秒的时候,暗晕质量是1万亿太阳质量

所以图上黑点纵坐标衡量的是暗晕的质量

图上的横坐标是核球的恒星速度弥散,这个恒星速度弥散抗衡的是核球里的恒星引力,正是有这么一个速度弥散,这些恒星才没有被引力吸引的砸在一起,这个抗衡写的科学一点,就是位力定理,引力源于质量

于是图上横坐标衡量的是星系的核球质量

图上黑色实线几乎可以解读为暗物质晕质量和星系核球的质量是相关的,一个 classical 核球形成原因是盘星系并合,星系并和的话,恒星要混在一起,暗物质晕也要混在一起,不规则一阵子后,角动量弱的恒星没有明确的整体运动趋势,就位力化为一个核球,剩下一些角动量仍然比较大的恒星相互妥协出来一个主要的角动量方向,成为核球外的盘成分,于是恒星总质量变大,暗物质晕质量变大,有点共同增长,这是这个相关的源头

这个图里想展示的是 pseudo的核球 和暗物质晕的关联不是很大,具备 pseudo 核球的星系长的比较平,星系中心区域没怎么鼓起来,星系就没经历过大星系的并和,中心也没有比较 classical 的,也就是速度弥散略大,没有很大的整体运动速度,气体不多,恒星略老的核球,而是一种pseudo的,也就是是速度弥散略小,整体转动趋势明显,有点气体,恒星年轻一些的核球

于是图上这个结果似乎是说,pseudo的核球质量还小,似乎就没准备好

这篇文章发表在nature上,前一页的文章也是讲共同演化,主要结论是,pseudo 核球和星系中心的超大质量黑洞没有共同演化,是在另一个尺度的事情:

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:程诚

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