迈向星系结构方程

我们发现，所有类型的星系，从盘星系到球状星系，从矮球状星系到最亮团星系，都位于一个二维曲面上，该曲面由半光半径 $r_e$ 的对数、$r_e$ 内的平均面亮度 $I_e$ 以及内部速度 $V^2 = (1/2)v_c^2 + \sigma^2$ 的对数所定义的空间确定，其中 $v_c$ 为旋转速度，$\sigma$ 为速度弥散。如果将这些量分别以 kpc、$L_\odot/\text{pc}^2$ 和 km/s 为单位表示，则满足 $\log r_e - \log V^2 + \log I_e + \log \Upsilon_e + 0.8 = 0$，其中我们提供了一个针对 $\Upsilon_e$（$r_e$ 内的质光比，单位为 $M_\odot/L_\odot$）的拟合函数，该函数仅依赖于 $V$ 和 $I_e$。对于我们包含 1925 个星系的异质样本，围绕该曲面的散度很小（< 0.1 dex），甚至可能低至约 0.05 dex（即 10%）。这种小散度对宏观星系结构如何受内部因素（如恒星轨道结构）和外部因素（如环境）影响提出了三种可能的推论：这些因素要么 1) 除了产生部分观测到的散度外不起其他作用；2) 使星系沿该曲面移动；要么 3) 相互平衡以维持该曲面作为星系结构平衡的轨迹。我们将 $\Upsilon_e$ 的行为表述为转化为恒星的重子分数 $\eta$ 以及这些恒星在暗物质晕内的集中度 $\xi = R_{200}/r_e$。我们推导出 $\eta = 1.9 \times 10^{-5} (L/L^*) \Upsilon_* V^{-3}$ 和 $\xi = 1.4 V/r_e$。最后，我们展示并讨论了全范围星系的 $\eta$ 和 $\xi$ 分布。对于内部速度与银河系相当的系统（$149 < V < 163$ km/s），$\eta = 0.14 \pm 0.05$，且平均而言，球状星系的 $\xi$ 约为盘星系的 5 倍。（摘要删节）