星系的形態(tài)結(jié)構(gòu)與其形成歷史密切相關(guān)。概括地說，漩渦星系的盤結(jié)構(gòu)是經(jīng)吸積氣體形成恒星由內(nèi)而外增長形成；漩渦星系的并合會瓦解盤，導(dǎo)致形態(tài)不規(guī)則，并最終形成橢球星系。星系并合在星系質(zhì)量增長、形態(tài)重塑、星暴激發(fā)、中心黑洞吸積等方面扮演非常重要的角色，是驅(qū)動星系形成和演化的關(guān)鍵物理機(jī)制之一。普查宇宙不同階段星系的形態(tài)特征和并合事件發(fā)生頻率，及如何隨時(shí)間演化，是理解星系結(jié)構(gòu)起源的關(guān)鍵，也是當(dāng)前河外天文學(xué)的核心研究目標(biāo)之一。隨著天文大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，大規(guī)模多色深度圖像巡天使得全面細(xì)致研究近鄰和遙遠(yuǎn)宇宙中各類星系的形態(tài)結(jié)構(gòu)成為可能。
中國科學(xué)院紫金山天文臺的星系研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展出一套能夠自動測定星系形態(tài)的新方法，尤其適于證認(rèn)具有潮汐不對稱結(jié)構(gòu)的并合星系。這一方法的核心是把一個(gè)星系分成等亮度的內(nèi)部和外圍兩部分，對星系外圍部分測定其不對稱度Ao和其“質(zhì)心”相對內(nèi)部區(qū)域“質(zhì)心”的偏離度Do兩個(gè)形態(tài)參數(shù)；星系形態(tài)越不規(guī)則，其Do和Ao兩參數(shù)越大，因而可以將具有不同形態(tài)的星系區(qū)分開。與已有的CAS和Gini-M20方法相比，此方法避開星系中心高面亮度區(qū)域的影響，對探測低面亮度的纖細(xì)子結(jié)構(gòu)更為敏感。如圖所示，基于GEMS巡天的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡高分辨圖像數(shù)據(jù)對764個(gè)紅移0.35<z<0.9的星系組成的完備樣本測定形態(tài)參數(shù)，證實(shí)樣本星系在Do-Ao參數(shù)空間分布成單一序列：統(tǒng)計(jì)而言，橢球星系和盤星系等形態(tài)規(guī)則星系與并合星系等形態(tài)不規(guī)則星系分布在此序列不同位置上。與國際上的同類方法比較，這一方法在證認(rèn)并合星系，特別是有潮汐尾等特殊不對稱結(jié)構(gòu)的星系方面最為有效。這一研究成果發(fā)表在美國ApJ期刊上。
“國際上的歐幾里得（EUCLID）計(jì)劃和大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃（LSST），和國內(nèi)已列入規(guī)劃的南極昆侖站暗宇宙巡天望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃（KDUST）等耗資巨大的巡天項(xiàng)目將會提供PB量級的天文科學(xué)數(shù)據(jù)。如何有效地利用大數(shù)據(jù)開展科學(xué)研究將是天文領(lǐng)域面臨的一個(gè)難題。” 研究工作負(fù)責(zé)人鄭憲忠研究員說，“我們發(fā)展的新方法是面向這些巡天計(jì)劃的大數(shù)據(jù)，可以開展超大樣本的星系形態(tài)測量，探索星系結(jié)構(gòu)的起源。這也是為我國自己的南極KDUST巡天計(jì)劃的科學(xué)產(chǎn)出提前做些準(zhǔn)備。當(dāng)然，還需要更多的努力來發(fā)展相關(guān)的自動計(jì)算分析方法，迎接大數(shù)據(jù)時(shí)代的挑戰(zhàn)。”
GEMS巡天選出的764個(gè)紅移0.35<z<0.9的星系完備樣本的形態(tài)參數(shù)Do-Ao關(guān)系圖（左圖）。形態(tài)越不規(guī)則的星系具有越大的Do和Ao參數(shù)。右圖所示的15個(gè)蝌蚪狀的并合星系（具有明顯潮汐尾）位于參數(shù)空間的右上角，與數(shù)目眾多的規(guī)則星系分布區(qū)域不同。測定形態(tài)的Do-Ao方法可以有效證認(rèn)具有低表面亮度的不對稱形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的星系。
