中國天文學家利用郭守敬望遠鏡數據精確估計上百萬顆恆星的年齡

恆星年齡在銀道坐標系的分佈
國家天文台博士後研究員向茂盛等人基於郭守敬望遠鏡獲取的大量恆星光譜數據,從中遴選出了包含近百萬顆處於恆星演化主序拐點或亞巨星階段的恆星樣本,並利用作者此前構建的包含四百多萬顆恆星的大氣參數、元素豐度、消光、距離及運動學信息的郭守敬 DR4 增值星表中提供的精確恆星基本參數,結合貝葉斯分析方法,得出了這些樣本恆星的精確年齡和質量估計,其中近一半恆星的年齡精度達到20-30% 。該樣本將具有可靠年齡信息的恆星數量擴大了兩個量級以上,而且大大拓展了它們的空間覆蓋範圍;同時,這些恆星具有三維位置、三維速度、鐵元素和α 元素豐度等信息且選擇函數簡單明確,為全面揭示銀河系特別是銀盤的星族、結構、起源和演化提供了獨特和關鍵的數據。

年齡是決定恆星演化狀態的一個關鍵物理量。獲取大樣本恆星的年齡對於實現銀河系星族普查,揭示銀河繫起源及集成和演化歷史具有十分重要的意義。然而,由於缺乏記錄恆星年齡的精確時鐘,恆星年齡估計極其困難,人們只能依靠恆星演化模型,通過將觀測性質與模型進行比較的方式對恆星年齡給出粗略估計。而這需要精確的恆星基本參數(有效溫度,金屬豐度,絕對光度或表面重力加速度),而且通常只適用於那些觀測性質對年齡敏感性好的恆星類型,如主序拐點星和亞巨星。因此,儘管一些大規模測光和光譜數字巡天在過去數十年間得以開展,獲取了大量恆星的精確位置、顏色、視亮度、類型、運動學和化學性質,但是長期以來大樣本恆星的精確年齡信息依舊幾乎是空白。截止到郭守敬望遠鏡銀河系巡天實現以前,具有比較可靠(精度達30% 以上)年齡估計的(場)恆星僅有數千顆,絕大部分局限於太陽鄰域二百秒差距以內。相較於分佈在銀河係數十萬秒差距內的上千億顆恆星而言,這僅僅是九牛一毛。

利用選出的該恆星樣本,作者還發現銀盤恆星在年齡-金屬豐度和年齡-α 元素與鐵元素豐度比空間的分佈呈現出雙支序列特徵,暗示銀盤的化學增豐歷史經歷了兩個不同的過程,其中一個過程可能對應了銀河系厚盤的形成,它發生在銀河系早期且在距今八十億年以前就基本終止了,而另一個過程對應了銀河系薄盤的形成,它開始於距今八十到一百億年前,至今仍處於成長過程中。此外,作者還發現在太陽位置以外的銀盤區域,恆星年齡分佈存在顯著的邊緣增厚現象,即越往外年輕恆星越有可能出現在距離銀道面越高的區域,這將為銀盤的形成和演化模式提供強烈限制。

【圖、文:節錄自中國科學院國家天文台網頁】 研究全文刊登在已經出版的《天體物理學雜誌增刊》

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