基于LAMOST巡天数据绘制最远银河系盘多星族非对称漂移的天区分布图
发布时间:
2024-05-27 15:39
修改时间:
2024-05-27 15:39
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近期,王海峰等人组成的“物语星源”计划工作组基于该团队在2022年底所得到的银盘梯度下降旋转曲线、金斯方程的推导模型及LAMOST巡天的公开数据,绘制出第一张多星族分布下的银河系外盘非对称漂移天区分布图,揭示出非对称偏移观测参量的复杂空间效应与星族多样性,并且从化学运动学空间中勾勒出了银河系薄盘和厚盘的时间演化图像。

近年来,基于LAMOST巡天数据,我们已经知道银河系盘上的恒星轴向速度呈现出非轴对称的“喇叭状”分布,这一般被描述为非对称漂移。过去很多年,银盘恒星的运动轨迹被认为是一个相对简单的圆或椭圆轨道。由于盘的扰动物理或非平衡态等原因,部分恒星会偏离盘面并向上移动,导致角动量减少,从而导致非对称漂移,这是研究银盘动力学的一个基本参量。我们可以通过金斯方程或直接通过银盘的旋转曲线与观测得到的轴向恒星速度平均值之间的差异来定量计算和定性分析该星系基本特征量。

受限于观测数据的精度,该课题的过去研究只是局限在太阳邻域或者模拟数据当中,并且该参量的获得依赖于精确的旋转曲线。根据该工作组调研的结果,截至目前,即使是在太阳邻域,国际上没有一张较为全面的多星族非对称漂移的量化分布图,银河系外盘的多星族非对称漂移刻画更是一片空白,这严重阻碍了学界对于银河系盘的动力学、旋转曲线及暗物质分布的全面认识。

在本次进展中,该国际工作组发现非对称漂移在银盘平面附近较小,但随着垂直距离的增加会逐渐增大。该特征参量随着径向距离的增加总体呈现下降趋势,但是径向分布统计特征在不同星族中呈现出较为复杂的趋势,在薄盘和厚盘中的分布明显不同,暗示其可能对应着薄盘和厚盘的恒星形成物理过程,在空间二维平面内又呈现出和轴向速度一样的“喇叭状”分布,这些观测结果为理论模型提出了更高的要求。同时,该研究结果证实了化学丰度高的星族的非对称漂移比化学丰度低的星族数值大。量化出了太阳邻域的非对称漂移并且刻画出了非对称漂移在化学空间中的时间演化规律。

图一:LAMOST最远银河系盘的非对称漂移观测量天空分布图,与模拟预测结果吻合。左图不同颜色代表不同的空间位置,右图不同颜色是依赖于旋转曲线的非对称漂移分布。下图是化学空间上非对称漂移参量的时间演化图,从中可以窥探盘的形成与演化。未来在多尺度下的动力学建模会促进相关科学问题的研究。

此外,“物语星源-MWLUDPSG”工作组还揭示出银盘北边的非对称漂移比银盘南边的更大,在最远的天区覆盖范围内证实了法国贝桑松团队的理论预测结果。该团队通过非对称漂移在化学空间内的恒星计数分析,从新的角度给出了薄盘和厚盘恒星形成的大致时标,即厚盘大致在8-10Gyr之前(10-14Gyr期间)主导银盘恒星形成,可能由内部的湍动气体贡献。随后,8-10Gyr作为过渡阶段(盖亚GSE并合阶段),6-8Gyr薄盘开始主导银盘上的恒星形成,其可能由内部的气体和外部吸积的气体贡献。最后,该工作组探讨了不同旋转曲线带来的系统误差,以及非对称漂移和速度弥散在不同星族下的时间演化规律,统计结果和此前模拟研究吻合。

该研究成果已被天体物理期刊《The Open Journal of Astrophysics》正式发表。未来该团队会基于LAMOST DR11/ DR12最新的国际公开数据和更复杂的金斯方程模型进行更多的有趣探索。该文章合作者西华师范大学天文系罗杨平团队致谢国家自然科学基金面上项目和云南天文台主导的国家重点研发项目的支持。论文链接:点击这里

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Yang Hanxi
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