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研究人员首次探测到银河系棒共振的化学和运动学信号
时间 : 2024-04-10     
近日,北京师范大学孙伟祥博士、姜碧沩教授和云南大学刘晓为教授等人所在的研究团队利用LAMOST和APOGEE巡天所提供的17万余颗红团簇星的大样本,结合Gaia巡天所提供的天测数据,首次在较大的银河系空间范围内,捕捉到银河系棒共振的化学和运动学信号,弥补了以往使用银河系子结构捕捉银河系棒共振信号的诸多不足,这对于我们进一步约束银河系棒的基本属性具有重要意义。该成果发表在国际天文学术期刊《天体物理学报通讯》(Sun,et al. 2024,ApJL,965,L9)。
银河系被普遍认为是一个棒旋星系,内部存在一个旋转的棒或旋转的四极棒,探测银河系棒的共振信号对于约束银河系棒的基本属性(如质量、长度以及是否存在两个棒等)至关重要,然而以往对于银河系棒共振信号的探测仅局限于太阳领域特殊的局部运动学子结构,这在一定程度上导致我们难以判断这些特殊的局部运动学子结构是否由棒的共振形成。因此,有必要构建较大银盘区域上普遍存在的属性以探测银河系棒的共振信号,这将有助于我们进一步约束银河系棒的基本性质。
理论而言,无论银河系存在一个旋转棒还是旋转的四极棒,银河系棒的共振信号都应该存在于较大银盘区域内的化学和运动学特征之中。北京师范大学孙伟祥博士等人使用LAMOST-APOGEE红团簇星样本,首次在较大的银盘区域内捕捉由银河系棒的共振所引起的厚盘(年老)和薄盘(年轻)星族的化学和运动学属性随银河系半径的周期性变化行为。

1. 银河系的俯视图。(图片来自R. Hurt 

 

通过对化学属性的测量,他们发现LAMOST-APOGEE红团簇星的垂向金属丰度梯度随银河系半径变化的关系在扣除整体趋势后(见图2),其薄盘和厚盘的剩余垂向金属丰度梯度随半径R的变化均存在显著的周期性震荡行为。
通过对运动学属性的测量,他们发现LAMOST-APOGEE红团簇星的速度椭球倾角α服从α=α0arctan(Z/R)关系,并且还发现薄盘和厚盘的α0随半径R的变化也均存在显著的周期性震荡行为(见图2)。孙伟祥博士等人认为薄盘(年老)和厚盘(年轻)星族的垂向金属丰度梯度在扣除整体趋势后的梯度和α0随银河系半径R的周期性震荡行为分别是银河系棒共振的化学和运动学信号,并且对它们与半径R之间的关系进行了周期性拟合,发现薄盘和厚盘的拟合结果显示出明显不同的波函数形式,表明了这两个星族存在明显不同的共振模式,这意味着银河系两个棒的存在。

2. 上图所示为该工作所测的薄盘和厚盘的垂向金属丰度梯度在扣除整体趋势后的梯度作为银河系半径R的函数(黑色点)。下图所示为该工作所测薄盘和厚盘的α0作为R的函数关系(黑色点)。图中的红色曲线均表示使用正弦函数对数据点拟合所得到的最佳拟合曲线。 

 
该成果实现了从化学和运动学属性上对银河系棒共振信号的探测,为进一步研究银河系棒的属性奠定了基础。