DESI巡天中的侧向星系项目（EGIDE）：样本构建与测光

《Galaxies》：The Edge-On Galaxies in the DESI Survey (EGIDE): Sample Building and Photometry

　　

研究人员呈现EGIDE（DESI巡天中的侧向星系）项目——利用DESI Legacy成像巡天DR10数据构建的包含149,215个侧向星系候选体的星表。该星表规模约为前代样本的十倍，覆盖超过半个天区。星表采用自动构建方式，充分利用了GalaxyZoo志愿者的人工标注，并将其嵌入Zoobot神经网络模型中进行微调，以专门搜寻侧向星系。为确保数据集的可靠性，后续进行了人工监督核查。EGIDE星表提供g、r、i、z波段均匀的SExtractor测光结果、总恒星质量估计、98%样本的红移数据、恒星形成速率及其他信息，所有数据均公开于侧向星系数据库网站。初步分析聚焦于所谓蓝序列与红星云族侧向星系之间的差异。这些星系展现出明显不同的性质：随着扁平率q^-1增大，偏红星系数量的下降速度比偏蓝星系更快；星系厚度随星系颜色变化：红星云星系比蓝云星系更厚；仅在红星云星系中，扁平率q随总恒星质量M_*的增大而显著增加。值得注意的是，无论是旋转体统计模型还是EGIDE侧向星系的直接观测，均独立检测到q在高质量端呈现相同增长趋势，这一结果颇具启发性。该关系成立的完整适用范围，仅在适当考虑核球和点扩散函数（PSF）贡献之后才能确定。

侧向盘星系，即视线方向倾角接近90°的星系，为研究支配星系内外物理过程及宇宙中更大结构的演化提供了独特的实验平台。这种几何视角使研究人员能够获取其他倾角无法提供的丰富信息，因此从早期开创性工作至今，该类天体持续受到广泛关注。

尽管当前模拟中盘厚度研究已较为便捷，实际观测仍受青睐，原因在于模拟可能存在非物理条件。现有侧向星系星表包括FGC、RFGC（约4000个大尺度星系）、SDSS中的EGIS星表，以及Pan-STARRS巡天中经人工检验的EGIPS星表（16,551个星系）等。随着Rubin、Roman、Euclid等当代广域巡天的到来，预计可识别约10⁶个高倾角星系，人工检测如此规模样本已超出合理能力范围。GalaxyZoo项目虽已收集10400万条标注，但可靠标注的侧向星系仅约15000个。基于光度数据检测轴比q的方法易受投影效应、显著误差及自动分解困难的影响。

在此背景下，研究人员在《Galaxies》期刊发表了关于EGIDE（DESI巡天中的侧向星系）的研究。该研究旨在构建迄今最大规模的侧向星系样本，以解决前代样本规模受限、覆盖天区不足的问题，并为未来巡天提供可扩展的方法论框架。研究人员开发了结合神经网络自动检测与人工核查的混合方法，利用DESI Legacy Imaging DR10的深空成像数据，实现了样本数量数量级的跃升。

研究人员开展了以下工作：基于DESI Legacy Imaging Surveys DR10图像数据，采用迁移学习方法对Zoobot预训练模型进行微调，构建侧向星系分类器；通过九模型集成投票机制选取候选体，并针对CCD亮星泄漏造成的线性伪影训练专门的鉴别分类器；最终对所有候选体进行人工视觉检验，形成包含149,215个星系的EGIDE星表。研究还提供g、r、i、z波段均匀测光、恒星质量估计、红移（98%覆盖率）、恒星形成率等信息。

研究得出以下主要结论：侧向星系的颜色-扁平率关系呈现双峰结构，厚盘（q^-1~4-5）偏红星系与薄盘（q^-1>5）偏蓝星系形成明显分离；星系扁平率q在高质量端随恒星质量M_*增大而增加，该趋势与统计旋转体模型及DESI DR1独立测量结果一致；红星云星系数量随q^-1增大的下降速度（k≈-3.3）显著快于蓝云星系（k≈-2.7）；EGIDE星表覆盖超过半个天区，中位红移z≈0.112（约33,750 km/s），较EGIPS提高三倍，且包含更多高质量星系。该研究的重要意义在于：为星系垂直结构、盘演化机制及暗物质晕性质研究提供了迄今最大的侧向星系统计样本，验证并拓展了前代研究的颜色-扁平率和质量-厚度关系，所发展的方法可直接应用于Euclid、Roman、LSST等未来巡天数据。

关键技术方法方面，研究人员采用以下核心手段：数据来源为DESI Legacy Imaging Surveys DR10，覆盖约14,000平方度天区，提供g、r、i、z及WISE红外波段数据；样本构建采用Zoobot神经网络模型进行迁移学习微调，基于GalaxyZoo志愿者标注训练，以RFGC和EGIPS星系为正样本，通过九模型集成（多数投票≥5/9）选取候选；后续人工视觉检验剔除伪影；测光分析使用SExtractor软件，并基于GAIA数据制作星罩以消除前景恒星污染；红移信息主要来自REGALADE全天天体数据库（145,876个，98%覆盖率），辅以HyperLEDA、DESI DR1和RCSEDv2进行验证；恒星质量采用Blanton & Roweis (2007)的颜色校准方法估算，并与CIGALE的SED拟合结果对比；PSF修正采用基于高斯近似的大轴分析去卷积方法，并通过Imfit MakeImage模拟评估测量误差；统计分析使用V/V_max检验评估样本完备性。

研究结果部分：

**星系颜色-星等关系**
通过g-r颜色与绝对星等M_g的关系图分析，研究人员发现近域样本（v<10,000 km/s）与SDSS DR12数据吻合良好，侧向星系均匀分布于红星云和蓝云。但对于更高红移样本，星系主要占据红星云序列，绿谷区域不明显，且颜色分布相较SDSS向红端偏移约0.1-0.2 mag。这可能源于侧向星系更强的内部消光效应，以及DESI Legacy更深的探测极限。研究人员进一步利用DESI DR1的SED模型获取恒星形成率-恒星质量关系，以此为依据将星系分为星形成主序（SFMS）星系和早型星系两类。

**颜色-扁平率关系**
g-r颜色与逆扁平率q^-1的关系图显示，EGIDE样本重现了EGIPS发现的类似结构：厚盘偏红星系（q^-1≈4-5，g-r≈0.7-0.9 mag）与薄盘偏蓝星系（q^-1>5）形成明显分离。体积极限子样本（5000 km/s-1≈4.0）而蓝云云系更薄（中位q^-1≈4.8）。质量极限子样本（M_*>10^10.5 M_⊙）则显示近恒定的颜色。SFMS与非SFMS星系间存在约0.05-0.1 mag的颜色偏移，但趋势基本一致。

**质量-厚度关系**
扁平率q随总恒星质量M_*的变化在五个数量级的质量范围内呈现非恒定特征：矮星系端略有抬升，高质量端显著增加。该趋势与Benavides et al. (2023)的统计旋转体模型结果一致（Spearman相关系数ρ≈0.9），也与DESI DR1的TRACTOR椭率测量结果相互验证。研究人员基于Toomre参数Q的假设进行理论推导，解释了该趋势的物理成因。值得注意的是，将球状成分影响分离后，SFMS星系和红星云星系均显示相同的q-M_*增长趋势，表明该现象并非仅由核球贡献导致。

**不同颜色星系的数量随扁平率下降**
研究人员分析了N(q^-1)分布的颜色依赖性，发现红星系（g-r>0.7 mag）的数量随q^-1增加呈线性下降，斜率k≈-3.3，显著快于蓝星系（0.2
**讨论部分总结**

研究人员在讨论部分对关键结果进行了深入分析。关于颜色-扁平率关系的物理起源，研究人员排除了小倾角差异导致内部消光变化的解释（反向效应），认为核球的几何贡献可能是重要因素，但SAMI巡天数据显示核球与盘的颜色差异仅约0.05 mag，难以完全解释观测效应。SFMS与非SFMS星系的分离实验表明，即使限定于星形成活动星系，趋势依然存在，选择效应无法消除核球影响。

对于质量-厚度关系，研究人员指出PSF涂抹、分辨率限制和核球效应是主要系统误差来源。通过与多种独立数据来源的交叉验证，研究人员确认了q测量结果的可靠性。理论分析表明，若假设盘处于亚临界稳定状态且Toomre参数Q略大于1，则垂直尺度与径向尺度的比值与盘质量-总质量比成正比，结合恒星质量-晕质量关系可定性解释观测趋势，但简单幂律预测的q增长幅度大于实际观测，暗示存在额外物理过程。

针对高质量端q增大的另一种解释是球状成分比例上升：TNG50模拟和HSC-SSP巡天数据显示，球状成分比例随M_*呈U型趋势，与之一致。此外，研究人员也讨论了Karachentsev et al. (2017)对49个无核球盘星系的相反趋势结果，认为样本选择和统计显著性可能是差异来源。

研究人员特别强调了EGIDE星表对特定稀有天体的搜寻价值，包括超薄星系（q<0.05）、极环星系、盒状/花生状核球、星系喷泉等。星表的 promoting website structure 和均匀测光使其特别适合于盘垂直结构的统计研究，以及与宇宙学模拟的 robust 比较分析。

**研究结论**

研究人员呈现了EGIDE（DESI巡天中的侧向星系）星表，这是一个从DESI Legacy成像巡天DR10中选取的新大规模侧向星系候选体样本，包含149,215个星系。该星表通过侧向星系数据库网站公开可用。EGIDE规模约为前代EGIPS的十倍，覆盖超过半个天区，为研究盘星系垂直结构和侧向星系统计性质提供了均匀的数据集。侧向星系选取方法结合了微调Zoobot模型的神经网络搜寻和人工视觉检验，确保了样本的可靠性。

对于EGIDE中的每个星系，星表提供g、r、i、z波段均匀的SExtractor测光（Kron和Petrosian星等、椭圆参数）、基于颜色校准的总恒星质量估计，以及98%样本的红移（主要来自REGALADE），还包括与HyperLEDA、RCSEDv2、DESI DR1和其他巡天的交叉证认信息。

EGIDE数据集具有以下关键性质：星系中位角半长轴为13.5角秒，高度扁平（q<0.2）。轴比q测量可能受PSF涂抹、分辨率限制和核球效应影响，尤其是对小尺度星系。研究人员进行了PSF修正，施加了q相对误差约束，并在文中讨论了核球影响。由于方法学原因，样本缺少非常邻近的延展侧向星系；因此，先前的RFGC、EGIS和EGIPS等巡天应视为EGIDE的补充数据集。V/V_max检验表明样本对最亮的40%星系基本完备（max>≈0.5），r波段深度极限约为19 mag。EGIDE的中位红移为33,750 km/s，是EGIPS的三倍。星系分布延伸至2000 Mpc，且比EGIPS星系稍高质量（中位值lg(M_*/M_⊙)=10.4，对比EGIPS的10.2）。EGIDE中的侧向星系分布于红星云和蓝云序列。与SDSS DR7参考样本相比，EGIDE星系向更暗绝对星等偏移，颜色范围更宽，这可能由DESI Legacy图像的更大深度和内部消光解释。

本文分析得出以下结果：颜色-逆扁平率图确认了先前发现的双峰性：厚盘（q^-1≈4-5）偏红（g-r≈0.7-0.9 mag）星系密集分布，随后是更薄（q^-1>5）且偏蓝0.1-0.2 mag的星系群体。这种双峰性似乎是盘星系的基本属性，在体积极限子样本中更为清晰，而高质量星系形成近恒定颜色的单一聚类。尽管样本量增加了十倍，EGIDE和EGIPS的滑动中值在这些图上几乎一致，但SFMS和非SFMS区域星系存在明显差异。扁平率q在高质量端随总恒星质量M_*增大而增加。相同趋势独立地从Benavides et al. (2023)的统计旋转体模型和DESI DR1椭率测量中恢复，交叉验证了研究方法。研究人员发现q的增加既由红星云早型星系驱动，也由SFMS星系驱动。红星系数目随q^-1增加比蓝星系下降更快。完整样本中，N∝q^-1k的下降系数k对红星系为-3.3，对蓝星系为-2.7。对于体积极限子样本，所有颜色星系的k≈-2.7；而对于质量极限子样本，k在整个颜色范围内增大，表明k的变化主要由高质量系统驱动。

与HyperLEDA、DESI DR1、RCSEDv2和REGALADE的比较显示，红移（NMAD≈20-170 km/s）、总恒星质量（NMAD≈0.15 dex）和视星等（NMAD≈0.10 mag）均良好一致。来自这些独立来源的扁平率测量也确认了EGIDE中发现的小q值。

总之，EGIDE提供了一个大型、可靠且公开可访问的侧向星系星表。首批科学结果加强、确认并拓展了先前关于颜色-扁平率和质量-扁平率关系的发现，并凸显了假设的球状成分在塑造高质量星系观测扁平率中的重要性。此处开发的方法可直接应用于Euclid、Roman和LSST等即将到来的广域巡天，其中类似规模的样本将 routinely 可得。EGIDE星表非常适合搜寻特定天体（如超薄星系、极环、盒状核球、星系喷泉等），以及未来盘垂直结构研究和与宇宙学模拟的 robust 统计分析比较，涵盖质量、颜色和环境参数。