第二章星系的形态和分类

Small Magellanic Cloud
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NGC2363(irr)
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Example Spectrum: Irregular
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小结 Absorption / Emission Lines
• Absorption Lines – Need metals in stellar atmospheres or cold gas in the interstellar medium • Implies – Old stellar population = old galaxy • From – Ellipticals – Spiral Bulges • Emission Lines – Need gas heated by nearby O and B type stars • Implies – Newly formed stars = star-forming/young galaxy
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Three Generic Galaxy Types
• Ellipticals: E0 - E7 – En where n = 10 (a-b) / a (a=major and b=minor axis) – S0 or Lenticular. A transition class where a very faint disk is just seen • Spirals: Sa, Sb, Sc, Sd Barred: SBa … SBd – Sa = Dominant Bulge, tightly wound arms – Sb = Obvious Bulge, spiral arms – Sc = Faint bulge, spiral arms – Sd = No bulge, diffuse spiral arms • Irregulars: Im, Irr – m = Magellanic, no bulge, asymmetrical
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< MV < －18
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Elliptical Galaxies
Type E0
Type E3
Type E6
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Example Spectrum: Elliptical
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百度文库
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(2) 旋涡星系 (Spiral galaxies)
具有旋涡结构的星系，符号 为S。 中心是球状或椭球状的核 球，外面是扁平的星系盘。 从核球两端延伸出两条或两 条以上螺旋状旋臂叠加在星 系盘上，盘外面是球状的星 系晕。 星系盘颜色偏蓝，星系晕和 核偏红。 在星系盘、特别是旋臂上主 要是星族I恒星以及气体和尘 埃，核球和星系晕主要由星 族Ⅱ恒星组成。
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Star-forming S0 Galaxy
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(5)不规则星系(Irregular galaxies)
外型或结构无明显对称性的星系，符号为Irr。 无旋臂和中心核区。 富含星际气体、尘埃和年轻恒星。
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< MV < －10
IC5152
M82
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Large Magellanic Cloud
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复习
• Harvard Spectral Classification scheme (Annie Jump Cannon)
• A one-dimensional temperature sequence • Originally alphabetical in strength of optical Balmer lines
Brackets (e.g. O[III]) mean “forbidden lines”, emitted only at very low gas densities.
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The 4000A-break
• Caused by: – absorption of high energy radiation by metals in the stellar atmospheres – the lack of hot blue stars • Hence: – Ellipticals => A strong 4000A-Break – Spirals => A weak 4000A-Break – Irregulars => No 4000A-Break
因此“仙女座大星云”必定是河外星系 !
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2. 星系的哈勃分类
根据星系形态的不同，哈勃首先提出星系可以分为椭 圆星系、透镜状星系、旋涡星系、棒旋星系和不规则 星系5种类型，称为哈勃分类。
The Hubble Sequence, or The Hubble Tuning Fork 1929
Originally covered Ellipticals to Spirals
C. Messier
W. Herschel
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1920年， Shapley发现球状星团的空间球对称分布， 通过观测球状星团内的天琴座RR型变星，确定银河系 的大小（100 kpc）和太阳系到银心的距离（16 kpc），建立了直径达100 kpc的银河系模型。
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The Great Debate 1920年沙普利-柯蒂斯关于宇宙尺度的大辩论
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Example Spectrum: Spiral
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(3) 棒旋星系 (Barred spiral galaxies)
中心有棒状结构的旋涡星系，符 号为SB。 旋臂源于棒的两端。 按照棒的大小和旋臂的缠卷程 度，棒旋星系可以分为SBa, SBb, SBc三个次型。其中SBa 型棒最大，旋臂缠卷最紧。 银河系可能是一个SBb或SBc型 星系。
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• The Hubble Tuning Fork • Galaxies classified from “Early” to “Late” types. Ellipticals = Early type. Spirals = Late type. • Not an evolutionary sequence: An isolated galaxy cannot spontaneously start to rotate! • Spirals are subdivided according to whether or not they exhibit a bar. • Lateness is given by the bulge-to-disk ratio and the tightness of the spiral arms
• From – Spiral Disks – Irregulars
第二章 星系的形态和分类
1. 河外星系的发现 2. 星系的哈勃分类 3. Numbers of galaxies
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Andromeda (M31)
BULGE
DISK DUST LANE
HII REGION COMPANION
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M31 Sb or SAb + NGC 205 + M32 (+ Moon, for scale)
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1. 河外星系的发现
1750年，英国教士赖特提出 银河是恒星系统。 1755年，康德指出旋涡星云 的扁平形态是由于转动引起 的，它们是和银河类似的 “宇宙岛”（island universes) 。
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“星云”的观测
1781年法国天文学家Charles Messier发表了包含110个星云 （其中40个实际上是星系）的 The Messier Catalogue。 1800年英国天文学家William Herschel发表包含2500个天体 的星表。 1864年John Herschel发表The General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars, 后来演变为包含超过 10,000个星系的New General Catalogue. 如仙女星系：M31, NGC224.
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(3) 旋涡星云在天球上的分布为什么有“隐带” (the zone of avoidance)？为什么星云的谱线出现红移？ 沙普利：银河系对旋涡星云施加了 一种未知的排斥力，导致旋涡星云 的隐带分布和退行现象。
柯蒂斯：有些旋涡星云（实际是侧 视旋涡星系）的中心面有一条暗带。 如果银河系也有类似的暗带， 如果我们位于银河系的暗带中， 如果旋涡星云是河外天体， → 旋涡星云的分布出现隐带。
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Galaxy Spectra
• The combination of ~50 billion stars plus many molecular clouds and star-forming regions. • The spectra tell us: – The galaxy’s relative velocity – The star-formation rate – The average age of the stellar population • 3 Aspects: – Continuum – Absorption Lines – Emission Lines
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The Zone of Avoidance in X-rays
Stars within the Galaxy
Active galaxies
X-Rays from the Galactic Plane
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哈勃的裁决
1924年，哈勃 (Edwin Hubble) 分解出 “仙女座大星云” (M31) 中的造父变星， 证实它确实是恒星系统。 由造父变星周光关系哈勃估计M31的距 离285 kpc（实际距离778 kpc） > 最远 的球状星团的距离 (100 kpc) 。
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Barred Spiral Galaxies
Type SBa
Type SBb
Type SBc
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(4) 透镜状星系(Lenticular galaxies)
介于椭圆星系和旋涡星系之间的、无旋臂的盘星系，根 据核心是否有棒状结构，符号相应为S0或SB0。 在形态上，透镜状星系与旋涡星系的主要差别是没有旋 臂；与椭圆星系的主要差别是有星系盘。 主要由年老恒星组成，气体很少。
1 Angstrom = 0.1 nm = 10-10 m
• Emission – O[II] = 3727.3A – Hδ = 4102.8A – Hγ = 4340.0A – Hβ = 4861.3A – O[III] = 4959.0A – O[III] = 5006.8A – Hα = 6562.8A – S II = 6716.0A
辩论焦点 The Scale of the Universe (1) “旋涡星云”的距离是多远？ (2) “旋涡星云”是恒星系统还是气体云？ “旋涡星云”是银河系内气体 云，银河系就是整个宇宙。 宇宙是由无数类似银河系的 星系构成的，“旋涡星云” 实 际上是星系。
Harlow Shapley Heber D. Curtis
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(1) 椭圆星系 (Elliptical galaxies)
椭球形的星系，符号为E. 按椭率大小的增加分为E0、 E1...E7八个次型。 n=10(a-b)/a 主要由星族Ⅱ恒星构成，没有星系盘，没有或仅有少量 星际气体和尘埃，颜色偏红。 恒星作无规则的椭圆轨道运动。 中心区域最亮，亮度向边缘递减。 大小和质量相差悬殊。 巨椭圆星系 ~106 pc, 1013M⊙ 矮椭圆星系 ~ 103 pc, 107M⊙
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复习
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复习
不同温度恒星中H原 子中的电子布居不 同，H的特征谱线的 强度也不同。
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Typical Spectral features
• Absorption – Ca(H) = 3933.7A – Ca(K) = 3968.5A – G-band = 4304.4A – Mg = 5175.3A – Na = 5894.0 A
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< MV < －17
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按照核球的大小和旋臂的缠卷程度，旋涡星系可以分为 Sa, Sb, Sc三个次型。Sa型核球最大，旋臂缠卷最 紧，Sc型核球最小，旋臂缠卷最松。 ~0.3 ~6° Lbulge/Ldisk Pitch angle ~0.05 ~18°
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NGC 1232
NGC 891