旋涡星系中的统一标度律

我们研究了旋涡星系中统一标度关系的起源。观测到的旋涡星系分布在光度L、半径R和旋转速度V的三维对数空间中的一个平面上。该平面在I波段中表示为$L \propto (V R)^{\alpha}$，其中$\alpha$为常数。在该平面上，观测到的星系分布在一个拉长的区域中，形状类似于冲浪板。众所周知的标度关系，即L-V（Tully-Fisher关系）、V-R（也是Tully-Fisher关系）和R-L（Freeman定律），可以理解为这个冲浪板状平面向二维空间的斜投影。这种对已知标度关系的统一解释，应能为一致地理解所有这些关系的物理起源提供线索。此外，这种解释也能说明为何先前的研究未能发现Tully-Fisher残差与半径之间的任何相关性。为了阐明这个平面的起源，我们利用N体/SPH方法模拟了旋涡星系的形成和演化，其中包含了冷却、恒星形成和恒星反馈。初始条件设置为14个孤立的球体，具有质量和角动量两个自由参数。我们以CDM（h=0.5, $\Omega_0=1$）宇宙学作为测试案例。模拟得出以下两个结论：(a) 平面的斜率得到了很好的再现，但零点却没有。这种零点差异可以在低密度（$\Omega_0<1$）和高膨胀（h>0.5）宇宙学中得到解决。(b) 冲浪板形状的平面可以通过星系质量和角动量的控制来解释。