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【中国科学报】银河系厚盘中被预言的“异类”

【发布日期:2018-07-16 06:30 】 关闭

  F和G型矮星数量相对较多且寿命相对较长,能从银盘形成的初期存活到现在,而且它们的化学丰度与诞生时相比没有发生大的变化,可反映其形成时所处环境的化学组成,常被用来研究银盘的形成和演化。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  理论模型的预言需要观测数据来验证,而受限于恒星光谱的样本规模,科学家一直未能确定吸积成分对银河系厚盘形成的物质贡献。

  此次发现在很大程度上得益于LAMOST巡天项目的海量光谱数据。“LAMOST望远镜至今已经成功获取了900多万条恒星光谱,建立了世界上最大的恒星光谱数据库。”赵刚说。

  与其他旋涡星系一样,银河系盘结构也被认为是一个包括薄盘和厚盘在内的结构。其中,厚盘的标高较大,由较为年老的恒星组成。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、龙8国际平台培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  这些低镁恒星偏离了厚盘恒星总体的镁丰度分布趋势,表现出与银河系近邻矮星系成员星相近的丰度特征。同时,这些“异类分子”具有较大的轨道偏心率和极大银心距,使得它们可以运行到更为远离银心的位置,暗示厚盘中的低镁恒星源自瓦解的矮星系。

  “厚盘由年老的高镁恒星组成,但低镁恒星无法在厚盘中形成,它们异常的轨道参数显示它们形成于矮星系,随后被吸积进银河系。”一位评审人在评审意见中肯定了论文中科研人员的结论。

  径向迁移模型认为,银盘恒星会在径向发生向内或向外的迁移,在迁移过程中导致银盘增厚,从而形成厚盘;加热模型认为,厚盘是由矮星系并合过程中被动力学加热的盘星构成;吸积模型认为,厚盘主要由内落的矮星系构成;富气体并合模型认为,富气体的并合过程导致了厚盘的形成,厚盘主要由本地形成的恒星构成,并混杂了被吸积进来的卫星星系的恒星。

  对银河系而言,厚盘结构的发现由来已久,但厚盘的形成机制一直悬而未决。关于厚盘的形成机制,出现了不少模型,其中最经典的有4种——径向迁移模型、加热模型、吸积模型、富气体并合模型。

  由此,科研人员明确了厚盘中吸积成分的存在,肯定了矮星系对厚盘形成的物质贡献。吸积成分在厚盘中占比较小,远低于吸积模型的预期,但与基于富气体并合模型的数值模拟结果相一致,为富气体并合模型提供了观测上的支持。

  赵刚告诉记者,为进一步研究银河系的形成和演化,课题组正在开展国际合作,计划与日本、美国科学家一起借助日本8米昴星团望远镜平台开展深度光谱巡天,进一步扩大观测数据的深度与规模。

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。

  “后两种模型均认为厚盘拥有吸积自矮星系的恒星。吸积模型中,超半数的厚盘恒星来自瓦解的矮星系,而在富气体并合模型中,吸积而来的恒星只占很小的比重。”邢千帆告诉《中国科学报》记者。

  此外,该课题组还在开展相关的银河系考古工作。“我们还在对银河系极端贫金属星开展搜寻与分析研究,这类恒星的金属含量很少,形成时期早,是记录银河系早期化学演化的化石。同时也研究星流和移动星群等银河系吸积附近矮星系所产生的遗迹,探索银河系的并合历史。”赵刚说。

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  银河系的形成和演化一直是天文学研究的重要前沿课题,在许多方面尚未形成一致观点,亟待扩展观测数据的规模和光谱巡天深度,为理论研究提供观测上的约束。

  “这只是开始。”赵刚说,“矮星系对厚盘形成的贡献有多大、厚盘中吸积成分的空间分布等,都是仍待解决的关键问题。”

  科研人员选取LAMOST光谱数据中的F和G型矮星样本,将它们的镁元素丰度作为研究银盘的“探针”。他们通过分析厚盘的镁相对铁丰度的分布,在厚盘中发现了一小撮“异类分子”——镁丰度异常偏低的恒星。

  夏季晴朗的夜晚,仰天望去,银河横跨星空,玉带一般悬于天际,壮阔而美丽。但正所谓“只缘身在此山中”,身处银河系之中的我们,很难认清银河系的全貌。

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