中國科學家證實銀河系反銀心子結構起源於銀盤

北京新浪網 (2021-05-08 10:07)
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圖1 銀河系盤具有「波浪」一樣的起伏特點。圖源:海蒂·紐伯格

  新浪科技訊 日期:5月8日消息,西華師範大學物理與空間科學學院李靜副研究員與國家天文台薛香香研究員等人利用LAMOST和Gaia數據,對位於反銀心的麒麟座星環、三角座-仙女座星流和A13等子結構的起源開展研究,發現它們並不是被銀河系吸積的矮星系的遺迹,而是銀河系外盤的一部分。該結論結束了天文界長期以來關於反銀心子結構起源的爭議。研究還發現反銀心的子結構可延伸到距離銀河系中心9.78萬光年處,是經典銀盤尺度的2倍。這也佐證了2018年國際團隊利用LAMOST數據發現銀河系尺寸比傳統認知的大了一倍的結論。該成果已在國際知名天文期刊《天體物理學報》(2021,ApJ,910,1)上發表。

  截止目前,天文學家在反銀心方向上已發現的子結構包括北近結構、南中結構、麒麟座星環,A13和三角座-仙女座星流,從內向外從3.9萬光年到9.8萬光年依次延展排列。這些子結構共同構成了反銀心方向上獨特的風景線。不僅如此,這些恆星子結構還交替出現在銀盤的南北兩側,勾勒出銀盤近似波浪狀起伏的優美姿態。

  這些子結構的發現讓天文學家重新認識了我們的銀河不是傳統認知的光滑扁平盤,而是星波蕩漾的不安分銀河。但這些反銀心子結構到底起源於哪裡?天文學家對此一直存在爭議。

  李靜等人利用LAMOST在銀河系反銀心觀測到的大樣本數據優勢,結合Gaia DR2的高精度自行數據,分別從LAMOST DR5的K型和M型巨星樣本中搜尋到589顆來自麒麟座星環、三角座-仙女座星流和A13結構的成員星,這是目前最大的反銀心子結構成員星樣本。銀河系盤結構與其它旋渦星系一樣被認為具有薄盤和厚盤兩個組成部分(如下圖所示)。首先,李靜等人繼續將這些已確認的反銀心子結構成員星的化學元素含量(金屬丰度)、運動特徵以及能量角動量分佈與銀盤進行「親子鑒定」,驚喜地發現,這些成員星與銀盤擁有相似的近圓形運動軌道。金屬丰度與厚盤星相似,這都表徵了這些子結構成員星來自於銀盤厚盤。

圖2 銀河繫結構示意圖(來自網路)

  為了進一步驗證,研究者發現這些子結構成員星的元素丰度明顯低於厚盤,這是由於目前外盤依然存在很多冷氣體,相對於內盤,分子云密度低,歷史上平均的恆星形成效率低,化學元素的金屬丰度增加的不充分,因此元素丰度比薄盤星要低。綜上,從運動特徵和化學DNA鑒定,天文學家推測這些子結構成員星應該屬於低丰度貧金屬外盤星,也就意味著這些反銀心子結構起源於銀盤。而這些子結構分佈於距離銀河系中心3.9萬光年到9.78萬光年的範圍,這也論證了離銀心9.78萬光年處仍然存在外盤成分。

  這一結論佐證了銀盤的半徑至少有9.78萬光年,是最早人們認識的經典盤尺度的兩倍,這與2018年劉超研究員所在的國際團隊基於LAMOST數據的研究成果——銀河系從「二環」擴建到「五環」的結論相吻合。此外,研究人員也證實了麒麟座星環,A13,三角座-仙女座星雲是銀河系外盤一部分的觀點是正確的。

圖3 左圖是挑選的成員星樣本在X-Y空間的軌道分佈。右圖顯示的是成員星樣本(紅色五角星)與盤星樣本(黃色部分:薄盤,紫色部分:厚盤)以及人馬座矮星系(綠色圓圈)在能量-角動量空間的分佈對比圖。

  文章鏈接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/abd9bf

  參考文獻:Haywood, M。, Lehnert, M。 D。, Di Matteo, P。, et al。 2016, A&A, 589, A66