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科研动态

研究团队发布LAMOST和Gaia的红团簇星样本并利用该样本取得系列重要进展

发表日期:2020-09-29来源:放大 缩小

  近日,云南大学黄样副教授、刘晓为教授、牛津大学Ralph Schonrich博士、北京大学张华伟副教授等人基于LAMOST DR4光谱数据和Gaia DR2自行数据构建并发布了近14万颗主红团簇星的精确距离、质量、年龄和三维速度信息。这些数据对于许多前沿课题的研究具有重要的价值,目前已在银盘的速度场,外盘翘曲起源及星族起源等研究中发挥了作用,同时该样本将成为LAMOST巡天数据资源中非常重要的一部分,供国际同行使用。 

  主红团簇星是中小质量恒星的氦主序阶段,它作为研究银河系(特别是银盘)的示踪体有如下优势:1)主红团簇星被认为是标准“烛光”,其距离精度高达5%-10%2)主红团簇星的绝对星等比较亮,在LAMOST极限星等下可允许我们对银盘体积进行研究;(3)通过从LAMOST光谱中提取的恒星参数可以以较高的完备度和较低的污染率挑选出主红团簇星;(4)由于巨星经历过挖掘过程,可从光谱中的谱线特征得到主红团簇星的质量和年龄信息。基于以上优势,黄样等人从LAMOST DR4光谱数据中成功筛选出14万主红团簇巨星,并利用Gaia DR2的视差信息,得到了这些星的精确距离(5%-10%),并利用KPCA方法得到了这些星的质量(10%-15%)和年龄(20%-30%),结合Gaia DR2的自行信息进一步得到了14万主红团簇巨星的三维速度信息。该样本覆盖了银盘相当大的体积(如图1):4kpc< R < 16 kpc, |Z| < 5 kpc, -20 < phi < 50°

  1:基于LAMOSTGaia的红团簇星样本的空间分布。 

  利用该样本,云南大学研究团队在理解银盘的速度场、外盘的翘曲以及特殊星族起源上取得了系列重要进展。具体如下: 

  一、银盘翘曲的运动学信号及视向节点角度的测量 

  旋涡星系的外盘普遍存在翘曲现象。作为一个典型的旋涡星系,上世纪60年代的射电观测揭示银河系外盘也存在显著的翘曲。随后通过对不同示踪物(如尘埃、恒星盘等)的观测进一步证实了银盘翘曲的存在。翘曲产生机制的理论有很多,如银河系卫星星系对银盘的扰动,内落气体的吸积等。要从观测上厘清银盘翘曲的成因不仅需要我们有对翘曲结构性质的了解,还需要我们从运动学上探测到翘曲信号加以限制。然而,银盘翘曲的运动学研究受限于银河系恒星自行精度的影响,在Gaia DR2释放之前的研究都是有限的。即使在Gaia DR2释放之后,受限于Gaia三角视差的精度,只能对外盘2-3 kpc内的翘曲信号进探测。得益于本研究团队发布的红团簇星的精确距离测量,李新意等人首次对银盘外围远至4-5 kpc内的翘曲信号进行细致研究,并发现翘曲信号随方位角有显著变化,进而首次在运动学空间得到了银盘翘曲的视向节点角度(angle of line-of-node)为12.5度左右(图2),这与恒星计数法得到的结果高度一致。下一步,研究团队计划结合恒星计数和运动学来探究银盘翘曲的成因。 

  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图的拟合。 

  3:“年轻”alpha元素增丰星族的结构(上图)、化学(中图)及运动学(下图)与传统化学薄厚盘的比较。 

  二、揭示特殊星族的起源 

  按照标准的银河系化学演化模型,早期诞生的盘星主要经历alpha元素增丰(大质量恒星死亡爆发的II型超新星的贡献)的过程,而金属丰度相对较低。后期,大质量恒星死亡殆尽,由小质量恒星死亡演化产物Ia型超新星主要贡献铁族元素增丰,而alpha元素相对变低。然而,最近基于星震学测量的年龄和大规模光谱巡天得到的alpha元素丰度,发现银盘上存在一族较为年轻(小于4-6 Gyr)的alpha元素增丰([alpha/Fe] > 0.15 dex)恒星,这些恒星显然不符合标准的银河系化学演化模型预言。目前关于这类特殊星族的起源有两种解释:一是这些星族的恒星成员起源于一类早期保存下来未受Ia型超新星增丰污染的原处气体环境;另一类是这些恒星很可能是双星吸积或并合演化的产物。区分这两种模型的关键是这些恒星是否真的年轻(前者模型下这些星是真的年轻,而后者实则是年老)。获知这些恒星的整体结构、化学以及运动学信息成为区分该族恒星是否年老的关键。由于样本数目的限制,前人的工作无法对这类星族的结构、化学和运动学性质进行统计性分析。黄样所在团队构建的主红团簇星大样本为研究这些工作提供了极佳的资源,他们从中筛选出了超过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(图3),表明这些星并非真的年轻而实际上相当年老。基于此,研究团队最终揭示了该星族很可能起源于双星吸积或并合演化的产物。 

  此外,云南大学王海峰博士基于该样本已发表了3篇关于银盘速度场受扰动的文章。 

  截止目前,本研究团队基于该样本已被国际知名天文期刊《天体物理学报》(APJ)、《天体物理学报增刊》(ApJS)及英国《皇家天文学会月刊》(MNRAS)正式发表和接受文章6篇,这些成果的取得都表明了这个具有丰富信息的主红团簇星大样本在刻画银盘真实图景计划中的非凡价值和广阔的应用前景。 

  系列成果的论文链接如下: 

  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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