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研究團隊發布LAMOST和Gaia的紅團簇星樣本並利用該樣本取得系列重要進展

發表日期:2020-09-29來源:放大 縮小

  近日,雲南大學黃樣副教授、劉曉爲教授、牛津大學Ralph Schonrich博士、北京大學張華偉副教授等人基于LAMOST DR4光譜數據和Gaia DR2自行數據構建並發布了近14萬顆主紅團簇星的精確距離、質量、年齡和三維速度信息。這些數據對于許多前沿課題的研究具有重要的價值,目前已在銀盤的速度場,外盤翹曲起源及星族起源等研究中發揮了作用,同時該樣本將成爲LAMOST巡天數據資源中非常重要的一部分,供國際同行使用。 

  主紅團簇星是中小質量恒星的氦主序階段,它作爲研究銀河系(特別是銀盤)的示蹤體有如下優勢:1)主紅團簇星被認爲是標准“燭光”,其距離精度高達5%-10%2)主紅團簇星的絕對星等比較亮,在LAMOST極限星等下可允許我們對銀盤體積進行研究;(3)通過從LAMOST光譜中提取的恒星參數可以以較高的完備度和較低的汙染率挑選出主紅團簇星;(4)由于巨星經曆過挖掘過程,可從光譜中的譜線特征得到主紅團簇星的質量和年齡信息。基于以上優勢,黃樣等人從LAMOST DR4光譜數據中成功篩選出14萬主紅團簇巨星,並利用Gaia DR2的視差信息,得到了這些星的精確距離(5%-10%),並利用KPCA方法得到了這些星的質量(10%-15%)和年齡(20%-30%),結合Gaia DR2的自行信息進一步得到了14萬主紅團簇巨星的三維速度信息。該樣本覆蓋了銀盤相當大的體積(如圖1):4kpc< R < 16 kpc, |Z| < 5 kpc, -20 < phi < 50°

  1:基于LAMOSTGaia的紅團簇星樣本的空間分布。 

  利用該樣本,雲南大學研究團隊在理解銀盤的速度場、外盤的翹曲以及特殊星族起源上取得了系列重要進展。具體如下: 

  一、銀盤翹曲的運動學信號及視向節點角度的測量 

  旋渦星系的外盤普遍存在翹曲現象。作爲一個典型的旋渦星系,上世紀60年代的射電觀測揭示銀河系外盤也存在顯著的翹曲。隨後通過對不同示蹤物(如塵埃、恒星盤等)的觀測進一步證實了銀盤翹曲的存在。翹曲産生機制的理論有很多,如銀河系衛星星系對銀盤的擾動,內落氣體的吸積等。要從觀測上厘清銀盤翹曲的成因不僅需要我們有對翹曲結構性質的了解,還需要我們從運動學上探測到翹曲信號加以限制。然而,銀盤翹曲的運動學研究受限于銀河系恒星自行精度的影響,在Gaia DR2釋放之前的研究都是有限的。即使在Gaia DR2釋放之後,受限于Gaia三角視差的精度,只能對外盤2-3 kpc內的翹曲信號進探測。得益于本研究團隊發布的紅團簇星的精確距離測量,李新意等人首次對銀盤外圍遠至4-5 kpc內的翹曲信號進行細致研究,並發現翹曲信號隨方位角有顯著變化,進而首次在運動學空間得到了銀盤翹曲的視向節點角度(angle of line-of-node)爲12.5度左右(圖2),這與恒星計數法得到的結果高度一致。下一步,研究團隊計劃結合恒星計數和運動學來探究銀盤翹曲的成因。 

  2:利用LAMOSTGaia的红团簇星样本绘制的银盘平均垂向速度在盘平面上的分布及利用简单翘曲模型对该圖的拟合。 

  3:“年輕”alpha元素增丰星族的结构(上圖)、化学(中圖)及运动学(下圖)与传统化学薄厚盘的比较。 

  二、揭示特殊星族的起源 

  按照標准的銀河系化學演化模型,早期誕生的盤星主要經曆alpha元素增豐(大質量恒星死亡爆發的II型超新星的貢獻)的過程,而金屬豐度相對較低。後期,大質量恒星死亡殆盡,由小質量恒星死亡演化産物Ia型超新星主要貢獻鐵族元素增豐,而alpha元素相對變低。然而,最近基于星震學測量的年齡和大規模光譜巡天得到的alpha元素豐度,發現銀盤上存在一族較爲年輕(小于4-6 Gyr)的alpha元素增豐([alpha/Fe] > 0.15 dex)恒星,這些恒星顯然不符合標准的銀河系化學演化模型預言。目前關于這類特殊星族的起源有兩種解釋:一是這些星族的恒星成員起源于一類早期保存下來未受Ia型超新星增豐汙染的原處氣體環境;另一類是這些恒星很可能是雙星吸積或並合演化的産物。區分這兩種模型的關鍵是這些恒星是否真的年輕(前者模型下這些星是真的年輕,而後者實則是年老)。獲知這些恒星的整體結構、化學以及運動學信息成爲區分該族恒星是否年老的關鍵。由于樣本數目的限制,前人的工作無法對這類星族的結構、化學和運動學性質進行統計性分析。黃樣所在團隊構建的主紅團簇星大樣本爲研究這些工作提供了極佳的資源,他們從中篩選出了超過2000颗的该族恒星,通过对这些星的统计学研究发现,该类星族的结构、化学和运动学性质与传统的厚盘星性质几乎一致(圖3),表明這些星並非真的年輕而實際上相當年老。基于此,研究團隊最終揭示了該星族很可能起源于雙星吸積或並合演化的産物。 

  此外,雲南大學王海峰博士基于該樣本已發表了3篇關于銀盤速度場受擾動的文章。 

  截止目前,本研究團隊基于該樣本已被國際知名天文期刊《天體物理學報》(APJ)、《天體物理學報增刊》(ApJS)及英國《皇家天文學會月刊》(MNRAS)正式發表和接受文章6篇,這些成果的取得都表明了這個具有豐富信息的主红团簇星大样本在刻画银盘真实圖景计划中的非凡价值和广阔的应用前景。 

  系列成果的論文链接如下: 

  https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020ApJS..249...29H/abstract。 

  https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020MNRAS.491.2104W/abstract。 

  https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019ApJ...884..135W/abstract。 

  https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020arXiv200706947L/abstract。 

  https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020ApJ...897..119W/abstract。 

  https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020arXiv200810218S/abstract。 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

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