星系動物園對天文學家的意義

這裡介紹的資料，是提供給關心技術層面的天文學者們，以下是一些關於本站在天文科學意義和研究成果方面的整理

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星系形態學為什麼很重要?

首先，星系形態學能”示蹤”(tracer)出星系裡的恆星軌道動力，顯示出驅動恆星形成和星系核在它活動過程中所留下的印記，記錄星系演化的星系形態學可以用視覺判辨方式來進行星系間的分門別類，事實上，在星系間的分類和星系間其他的物理參數之間，二者相關性很強，舉個簡單的例子，如果具有多核和延展的潮汐特徵，這可能表示驅動恆星形成的主導機制是一場正在進行中的星系併合。相對之下，如果星系看不到這種特徵，那麼它的演化可能是緩慢的長期(secular)過程所驅動。

傳統上，推斷星系形態是透過目測星系圖像的方式，(例如是Hubble 1926、de Vaucouleurs 1991，或較為近期的如 Nair and Abraham 2010，或透過一些形態參數如傳統上，星系形態變化是透過目測星系圖像的方式建立取得的，如「密集或疏散」、「對稱與否」、「是否為團塊」、M20、Gini coefficient等，(如 Conselice 2003, Lotz et al. 2008)。嚴格來說，這些參數是型態的代表，都有各自的參與者誤差，基本上可以由目測法得到檢驗和校正。並且，一般而言，目測法對於噪訊比和圖像解析力有較好的容忍度(如 [Lisker 2008] (http://labs.adsabs.harvard.edu/adsabs/abs/2008ApJS..179..319L)，所以很適合用來確定星系的形態特徵。無論如何，星系的形態參數已為大規模巡天普查資料庫帶來型態分類上的幫助，不然，若只透過少數幾個人目測（或僅由一小群天文學者來處理），恐怕真的曠日廢時且完成時間遙遙無期。

運用「星系動物園」進行大規模巡天計畫資料集分類

「星系動物園」計畫 (Lintott et al. 2008, 2011)
開發出一種在當年算是很新鮮的方法，即大規模以目測方式進行巡天觀測資料的分類。在幾十萬名由普通民眾組成的志工團隊(注：2013年最新人數為81萬)協助下，星系動物園網站就使用直接目測的這種分類法，分類了整個SDSS巡天計畫光譜資料，還有整個哈伯太空望遠鏡資料庫中總共1,500萬個星系，每個天體都經過40次以上的分類檢視。雖然星系動物園提供了這樣一個目測的分類結果，連帶地，它本身也具有不確定性（要是參與目測計畫的志工團隊只由少數幾個人組成，這樣的分類結果恐怕會很難在學術研究用途上運用，但還好志工團隊是多達數十萬人）。此外，經檢驗，由一般民眾志工所提供的目測分類結果和來自天文學家的目測結果，正確性幾無差異（參考文獻，Lintott et al. 2008)。

星系動物園的科學研究產出

｢星系動物園」已協助完成許多不同主題的科學研究，特別是和鄰近宇宙(local Universe)及中紅移宇宙(intermediate-redshift Universe)相關的領域。在最新成果中，它包括以下主題：規模最大的星系併合([Darg et al. 2010], (http://arxiv.org/abs/0903.4937))，潮汐矮星系 (Kaviraj et al. 2012)，早型星系中的塵埃帶 (Kaviraj et al. 2012)，盤狀星系中的棒狀特徵 (Masters et al. 2011, 2012)，這些是屬於鄰近宇宙的研究領域。相對於自動化的形態測量法，星系動物園另有個特別之處是，可能帶來一些純屬偶然的發現（有些研究靈感還來自於志工團隊在星系動物園論壇中所討論的一些議題的啟發）。其中包括「豌豆仁」(位於local Universe，是一類極為緻密的恆星形成區); Cardamone et al. 2009) 及最廣為大家所知的｢漢妮天體」 (Lintott et al. 2009) (注：｢漢妮天體」本身就是在進行AGN-電離氣體雲普查時獲得的意外收穫)，此外還有其他類似的AGN-電離氣體雲調查，如Keel et al. 2012。因為有了星系顏色和星系形態的大樣本可以利用，所以研究人員進一步發現，色彩與環境之間的相關程度其實比形態特徵還更密切Bamford et al. 2009; Skibba et al. 2009，這也帶來一些極有趣的發現，帶來星系分類上的子分類，譬如紅色螺旋星系Masters et al. 2010和藍色橢圓星系Schawinski et al. 2009等。

星系動物園的各個階段

目前的網站內含SDSS DR8第八版新圖像資料集（較上一版新增了南銀冠區域），在鄰近宇宙的星系樣本總數增加了40%，資料庫內首度合併了由哈柏太空望遠鏡CANDELS提供的圖像。CANDELS計畫主要利用哈柏望遠鏡的WFC3（寬視場相機），這加速我們對z> 1星系的觀測，z> 1也相當於宇宙壽命的前50％。此前，在z> 1領域的研究資料庫中，由哈柏望遠鏡大幅取樣提供紫外線波段的靜止座標，是經由ACS等可見光儀器的協助取得。在z>1近紅外波段，WFC3提供非常好的靜止座標光學資料，比NICMOS好20倍。

CANDELS使用WFC3的近紅外濾鏡，在GOODS和COSMOS等哈伯傳世視野拍攝大約800平方角分的天空。WFC3的近紅外圖像特別重要，因為在星系形態分析上，最好用的就是靜止座標光學波長，因為它追踪潛藏在星系中不明顯的星族，而非僅只是看到那些恆星形成區（恆星形成區在紫外線波段特別明亮）。

綜合運用SDSS及CANDELS在星系動物園中的樣本，對需要星系型態分析來回答的一些關鍵問題，形成一種好用工具，那些關鍵問題包括：哈伯序列是從哪個時期開始？原始球體是何時形成、如何開始形成？早期宇宙中，重大星系併合和長期過程（secular process）等因素在恆星形成和黑洞增長上有何相對作用？

UKIRT的圖像來源是LAS大區域調查－是UKIDSS的一部分，它拍攝的區域大小有4000平方度，天區與SDSS場重疊。所選取的是在星系動物園第二版中所有UKIDSS成像品質高的星系，共計約7萬個星系。網站上顯示的圖像是Y波段、J波段和k波段圖像的彩色合成（其中J波段使用 "dithered observations" 「微動觀測」來提高該頻段的角解析度）。這些圖像將使我們能夠追蹤形態為波長的函數之一；例如，在紅外靜止坐標系觀測到的棒狀碎片之星系的比例是否增加。

星系動物園還包括一組SDSS圖像，這些圖像經過人工處理，以模擬出觀測上的紅移效應。這組集合使用了來自星系動物園第2版中各種形態的星系樣本，並使用FERENGI編碼(Barden, Jahnke， & Hausler 2008處理到z=1的紅移。這些圖像的結果被用來校正「星系動物園：哈伯」（GZH）裡的星系資料，使研究者能評估解析度和亮度依賴的偏差。

2015年初，三組新的資料被放入星系動物園。其中兩組來自哈伯調查—— GOODS 和 CANDELS，已經由星系動物園取得了形態學上的分類。新的圖像用來探討改變資料深度(表面亮度限制)會如何影響形態上的測量。新CANDELS圖像來自於2段時期的資料(深度較已完成編目的5時期資料淺些)，GOODS的圖像來自全深度圖像，補充了在GZH已經完成的深度較淺觀測。最後，我們從SDSS的ugriz濾鏡資料中為每個星系各別添加約1000張圖像，以便更仔細測量形態和波長間的關係。

暗能量相機檔案資料普查計劃是一個對公眾開放的成像調查，旨在補充SDSS多次收集到的光譜測量成果。利用安裝在智利CTIO的4米口徑布蘭科望遠鏡上的暗能量照相機，DECaLS團隊正在進行的是，把SDSS曾觀測過的6700平方度天區再成像一次，範圍包括Stripe 82。圖像在g、r、z波段拍攝，有明顯優於SDSS圖像的角解析度和點狀光源方面的靈敏度。結合星系動物園形態的DECaLS圖像將用在好幾個科學目標方面，包括測量低亮度的哈伯序列，檢測潮汐尾和微合併，以及偶然發現的罕見不尋常天體。DECaLS圖像從2015年年中開始灌入星系動物園網站中。

星系動物園也運用到最先進的星系圖像模擬方法，以檢驗納入到這些模擬中的物理模型，評估經其所複製的形態是否與在宇宙中看到的星系型態匹配。這個Illustris 模擬是個宇宙學大型模擬計畫，藉由真實的物理模型，按演化條件，追蹤暗物質和重子演化成今日宇宙的進程。星系動物園也對於這些模擬形成的星系做圖像分類，這些圖像看起來會像是由SDSS望遠鏡觀察到的，位於223 百萬秒差距(紅移z=0.05)的距離上。這些星系以不同的角度出現，並且有好幾組真實的星空背景做替換，這樣就可與之前的星系動物園計畫，譬如星系動物園2中所觀察到的形態做直接比較。Illustris 計畫的資料，從2015年年中開始放入星系動物園。

另一個新的圖像來源是由GAMA: Galaxy And Mass Assembly Survey提供的。GAMA結合了來自許多地面和太空觀測取得的多波段資料，在數千～數百萬光年範圍上，研究星系和暗物質結構。特別是，GAMA也含有在AAT這種大規模紅移調查中所取獲的約25萬個星系的距離資訊，那相當寶貴。也使得星系的環境、星系群和它們所生活的大尺度結構能夠被很好地描述出來。GAMA又獲益於ESO的VST的千度普查(the Kilo-Degree Survey: KiDS)所提供之圖像，這部分，較GAMA之前的光學成像源SDSS有大幅度進步，具有更優良的解析度和深度，能夠研究更多星系中較暗的一些結構，進一步了解星系環境和形態轉變之間的關連性質。GAMA KiDS的照片是從2016年底開始添加至星系動物園。

星系動物園這項計畫的主旨就是為了要回答以上問題，並為未來在進入JWST時代的星系型態學研究奠基，預計在型態樣本中，可望產生一些高紅移星系，後續能以ALMA（阿塔卡瑪毫米及次毫米波陣列望遠鏡）等大型望遠鏡繼續追蹤。