最亮的星系有多亮?

   星系群或星系团中的最亮星系在观测上体现出一些和其它星系不同的特征,比如其巨大的亮度,延展的轮廓以及射电波段上的活动性等。因此,对这种最亮星系的物理起本质也存在着一定的争议。 

  一种简单理论认为,最亮星系之所以特殊是由于它的定义引起的,也就是说它作为一群星系中最亮的一位被挑选出来,必然在统计上体现出一定的特殊性,就好比篮球队员的平均身高一定比普通人高一样。但是,这种由定义引起的统计特殊性是完全可以由极值统计理论加以预言和研究的,最亮星系和其它星系因此并没有本质上的差别。 

  在更流行的星系形成和演化的物理模型中则认为,最亮星系对应的是处于暗物质晕中的中央星系,其在暗晕中起主导地位,处于同一暗晕中的其它星系是其卫星星系。由于中心星系和卫星星系遵循着完全不同的物理演化规律,因此最亮星系和其它星系在统计规律上有本质差别。 

  在我台沈银和杨小虎研究员等人最新完成的一项利用目前最大的完备光谱星系群样本进行的极值统计研究表明,星系群的最亮星系不完全符合统计极值理论的预言。也就是说,最亮星系在统计上和其它星系是不一致的。但是,在该项研究当中,他们进一步发现最亮星系偏离极值理论的预言并不大,在星等上只有0.3个星等左右。这个星等差可以用最亮星系处于星系群中心位置带来的一些局域物理过程加以解释,比如对其它小星系的吞噬,气体冷流中的额外恒星形成等。这项研究也因此将简单统计理论和星系形成的物理模型有机的结合起来,对最亮星系的本质从统计学上给出了优美的解答。相关研究论文<The statistical nature of the brightest group galaxies>目前已经被 Astrophysics Journal 正式接受。

附:极值统计理论是一种研究一批子样本中每个子样本中的最大或最小值的数值分布的统计理论,在日常生活中有着有趣的应用。比如,篮球队员的身高分布是怎样的(每个篮球队员可以认为是某个小群体中身高最高的人)?富翁的收入分布是怎样的? 

图中所示是一个距离银河系约3.3亿光年处的巨大星系团(Abell2029)中的最亮星系 NGC4874(图像来源于Sloan数字巡天计划)。NGC4874处于Abell2029中央,Abell2029中含有上千个成员星系,NGC4874周围的小星系都是Abell2029的成 员。NGC4874的绝对星等约-23等,是银河系光度的5倍以上。统计极值理论根据Abell2029中成员星系的个数以及星系的光度函数给出的NGC4874的光度预言值为-23.2等。


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