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基于Sloan数字巡天(Sloan Digital Sky Survey,以下简称SDSS)第四次释放的数据,我们选取了两个面向旋涡星系样本,分别是测光样本和统计样本。其中测光样本中包含了468个经过人眼判定的面向旋涡星系,主要用来比较圆孔径和椭圆孔径测光的区别。统计样本是一个包含了25,517个面向旋涡星系的大样本,用来系统地研究星系盘的颜色梯度以及梯度与星系的中心聚度参数c、半光度半径Rso、绝对星等M以及盘的平均面亮度μd之间的相关关系。
我们对测光样本中每个星系的Atlas图像都进行了面源测光。通过与SDSS释放的面亮度轮廓数据profMean以及颜色轮廓的比较,在我们感兴趣的Rso到3Rso的范围,本文的测光结果与SDSS提供的结果基本一致。这说明用Atlas图像来研究星系盘部分(R>Rso)的颜色梯度是可行的。通过比较由圆孔径和椭圆孔径计算的颜色梯度,我们发现对于本文样本中的星系(视轴比b/a>0.75),圆孔径和椭圆孔径的测光结果差别不大。因此,对统计样本,我们直接采用profMean来统计研究星系的颜色梯度。我们把星系在(c,Rso,M)空间内分成若干子样本,并把每一个子样本中成员星系的面亮度轮廓在各个波段分别叠加以构建“组合星系”。“组合星系”的颜色轮廓在Rso到3Rso的范围可以很好地线性拟合,本文中把该拟合斜率定义为颜色梯度,即G=△CI/△R(kpc),其含义是每kpc尺度上颜色的变化量。经统计,对于颜色g-r,超过70%的旋涡星系有负的径向梯度,而对于r-z,该比例超过90%。说明大部分旋涡星系盘的颜色随着半径的增加而逐渐变蓝。
通过进一步研究颜色梯度与星系基本参量之间的相关关系,我们发现颜色梯度与星系的中心聚度基本无关,这表明旋涡星系的核球对盘部分的颜色梯度影响可能很小。颜色梯度与星系的R50也不相关,但颜色梯度的弥散和测量误差随着星系尺度的变大而逐渐减小。星系盘的颜色梯度与绝对星等以及盘的面亮度之间均存在强相关。表现为星系越暗,盘的面亮度越低,颜色梯度越陡(越负)。但是经过偏相关分析之后,颜色梯度和星系的绝对星等之间的相关性不再显著,但和盘的面亮度之间仍存在很强的相关。该结果表明星系盘的颜色梯度和面亮度之间的相关是内禀的,而和绝对星等之间的相关主要是由梯度和面亮度的相关关系引起的。这意味着,旋涡星系盘的形成和演化过程与其质量面密度密切相关。这为旋涡星系盘的形成和演化模型提供了观测约束。
通过两个简单的模型我们发现,尘埃和星族梯度均能产生负的颜色梯度。但是尘埃模型不能够解释颜色梯度和面亮度之间的相关关系:封闭化学演化模型(close-box)预言的颜色梯度随面亮度的变化趋势与观测结果一致,但对于低面亮度星系,封闭模型不足以产生观测上的颜色梯度,这还有待进一步研究。