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科研人员基于LAMOST在银盘边缘增厚起源问题上取得重要进展
时间 : 2021-10-21     

近日,由河北师范大学崔文元教授和研究生于扬、法国巴黎天文台王海峰博士、国家天文台刘超研究员等人组成的研究团队,基于LAMOST 早型OB恒星和晚型K型巨星,细致描绘了银河系内年轻恒星盘边缘增厚的空间结构特征,并与气体盘的空间结构做了比对。他们发现年轻恒星盘边缘增厚的强度和年老恒星盘边缘增厚的强度类似,没有星族演化效应,因此研究团队认为恒星盘的边缘增厚现象更可能起源于星系扰动的物理过程,而非银盘的长期演化机制。该成果是研究人员利用LAMOST数据在研究银盘结构动力学及形成与演化问题上又一项实质性进展工作。该成果已被国际知名天文期刊《天体物理学报》接收。    

银盘是银河系的主体结构,其包含了银河系大多数的重子物质。目前科学家普遍认为银盘存在薄盘和厚盘,但20多年前天文学家发现除了薄、厚盘星族,银盘还在逐步“变胖”或“变平”,我们称之为银盘的“边缘增厚(Flaring)”现象。银盘的边缘增厚在结构上体现出的特征就是恒星或气体盘的标高(标高是恒星数密度下降的表征)随着径向距离的增加而增加,其物理图像目前尚无统一结论。目前天文学家认为导致银盘边缘增厚的第一类物理机制可能是旋臂动力学、分子云动力学、盘的径向迁移等盘的长期演化过程,另一类物理机制可能是外部矮星系或星系内部的非长期演化动力学等因素。如果是由长期演化效应所导致的银盘“变胖”,那么我们应该看到不同星族的恒星边缘增厚的量化特征会呈现出显著差异:年轻恒星的边缘增厚强度应该更弱,而年老星族的边缘增厚强度应该更强。但是目前该团队所探测到的特征完全没有体现出这种差异,这暗示着银河系盘的边缘增厚更可能起源于星系的扰动过程,如人马座矮星系的扰动等。

   
  
 图一:人马座矮星系对于银河系扰动的示意图(绘图:王海峰)  

除了边缘增厚的起源进展外,该团队还测量到OB恒星盘的标高是0.14-0.5kpc,标长是1.17kpc,发现恒星盘的标高大小和气体盘的标高大小类似或无显著差异,以及南北盘边缘增厚是对称分布的等一系列盘的性质。这些观测结果意味着我们可以用年轻恒星来追踪更多的气体盘结构的动力学问题乃至尘埃盘的形成问题。目前结果已经直接证实气体盘比恒星盘更加延展,间接给出了恒星盘和热尘埃盘可能更类似,以及气体盘和冷尘埃盘可能更类似的观测证据。最后该团队还发现银河系盘的中平面位移(即银河系的银道平面Z0的大小)在不同位置大小不同,并发现该位移分布体现出了疑似翘曲的信号,但是该翘曲信号的置信度和物理起源目前尚不清楚。

 
  
  图二:OB恒星和K型RGB红巨星的边缘增厚结构分布图,红色和黑色五角形是OB恒星样本,绿色三角形和正方形是红巨星样本,其他颜色代表不同恒星探针。可以看到绿色和黑色的OB样本和红色RGB样本几乎没有差别,OB恒星的边缘增厚强度甚至比RGB恒星更大一些。  

近期,王海峰等人的初步数值模拟结果定性地显示出银河系自身的演化似乎对边缘增厚没有主要贡献,而透过矮星系与银河系的相互作用却可以看到清晰的边缘增厚信号,这从另一个角度佐证了本篇论文中银盘边缘增厚起源问题的结论。至此,该国际研究团队已经基于LAMOST和Gaia巡天数据系统完成了盘的“屋脊”起源、盘的边缘增厚起源、盘的翘曲起源、盘的复杂空间结构与长期演化特征、盘的边界大小、盘的复杂非对称性质的各类动力学机制的量化等成果。相信未来LAMOST 二期工程的升级一定能推进银河系盘结构动力学与暗物质等前沿热点问题的进一步研究,从而为我们取得突破性的科学成果带来福音。    

文章链接:https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2021arXiv210200731Y/abstract