中國天文學家基於郭守敬望遠鏡-蓋亞數據對銀盤恆星動力學演化的研究

國家天文台武雅倩助理研究員等人基於郭守敬望遠鏡和蓋亞（Gaia）數據，計算郭守敬望遠鏡數據中64萬顆紅巨星樣本的運動學參數，分析它們的年齡與運動學參數以及軌道參數的關係。並基於此對銀河系薄盤和厚盤中恆星的金屬豐度與運動學參數的關係給出進一步驗證與限制。

銀盤化學動力學性質隨時間的演化研究是天文學家長期以來的研究熱點，對於理解星系盤的形成和演化歷史具有重要意義。銀河系盤結構認為具有薄盤和厚盤兩個組成部分。在化學豐度研究中，厚盤星比薄盤星的金屬豐度[Fe/H]含量更貧，[ α /Fe]含量更富一些，平均增豐程度超過0.2 dex；在運動學研究中，厚盤星較薄盤星的速度彌散和軌道偏心率更大；在年齡的研究中，厚盤星形成於銀河系早期，因而比薄盤星更年老。然而，我們對於銀河系薄盤和厚盤的形成問題以及金屬豐度梯度問題等還存在很大不確定性，造成這些不確定性的原因主要是銀盤自身的演化，即不同年齡的恆星本身俱有不同的空間結構。

2019年，武雅倩等人從郭守敬望遠鏡數據中篩選出64萬顆紅巨星，並精確獲取它們的年齡和質量資料，為進一步理解星族合成和銀河系演化歷史提供了重要樣本。最新成果中，武雅倩等人繼續將這些紅巨星樣本與蓋亞DR2的數據交叉，計算了它們的運動學參數，描繪出郭守敬望遠鏡-蓋亞銀盤恆星的立體速度、彌散、偏度等參數在年齡-金屬豐度空間以及RZ位置空間的變化，同時討論了恆星的遷移對薄盤恆星的影響。最終發現在年齡-金屬豐度空間，年輕的富金屬恆星和年老的貧金屬恆星的角動量分佈區別很大。這些區別與化學空間區分薄盤和厚盤恆星是一致的。結果也證明了銀河係是由兩個特徵明顯的薄盤序列和厚盤序列組成。

在此基礎上，研究團隊還揭露了很多發現的子結構：（1）首先確認了在徑向速度方向上的南北不對稱結構，同時當R大於10kpc處，在垂向速度和旋轉速度方向上也能看到南北不對稱結構，這可能是外盤翹曲結構導致。並發現在所有的年齡區間都能看到這個不對稱結構；（2）在R為11kpc，Z在0.5kpc附近，徑向速度有一團速度比較高的恆星，這個結構對於年輕的恆星更加明顯；（3）在R為12kpc，Z為0kpc附近，他們還發現了一個新的子結構，這個結構可能與銀河系旋臂的動力學有關，其來源還需進一步的研究。

通過計算分析這個紅巨星樣本的軌道參數，他們還發現樣本中的厚盤星大部分出生於內盤，主要通過較高的離心運動到達目前的位置。薄盤恆星的軌道離心率比較低，它們的運動主要是靠徑向遷移而完成。

【圖、文：節錄自中國科學院國家天文台2021年2月26日新聞公佈；新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在2021年1月19日出版的英國《皇家天文學會月報》