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科研人员利用LAMOST数据首次揭示出银河系外盘复杂的空间结构特征

发布日期:2018年10月24日 来源 : 国家天文台 字体: 【大】【中】【小】

  宇宙中有上千亿个星系,银河系是浩瀚宇宙中的一个盘星系,盘星系按其表面亮度大致可以分为三类:指数下降类型、指数下降伴随向下弯曲类型、指数下降伴随向上弯曲类型,银河系属于哪一类星系至今仍是一个谜。银河系的星族成分从内而外大致是: 1.银心区域,包括一个四百万太阳质量的大质量黑洞,核心星团与核心恒星盘;2.核球区域,呈现花生状或盒状,其可能嵌入在一个更加延长的棒里面;3.银盘区域,其上有很多非对称结构,如旋臂、翘曲等,银盘在何处停止目前仍然未知;4.银晕区域,主要包括恒星晕、气体晕、暗物质晕,银河系的精确质量仍在继续进行探索;5.银河系周边以及距离银河系较远处有很多邻居即人们常说的卫星星系或矮星系。
  
  银河系的盘集中了银河系绝大多数可见物质,研究人员通常将其分为薄盘与厚盘,两者的大小尚无定论,甚至有无厚盘都还在激烈的争论中。银盘是一个边缘不断增厚的结构(Flaring, 盘的两边膨胀),并且盘上可能存在很多丰富的、未知细节的不对称结构或子结构。过去几十年由于观测条件的限制,使得我们对于银河系盘的系统研究局限于太阳邻域几个千秒差距的范围内,而我们要想获得完整的银河系图像,必然要将视野移动到广阔的遥远外盘空间,LAMOST望远镜因为其独特优势可使我们有望在反银心低银纬的遥远外盘取得可能的原创性发现,从而掀起一波全球银河系研究的潮流。
  
  近期,国家天文台恒星与恒星系统团组博士王海峰、刘超研究员、邓李才研究员利用LAMOST数据在超越太阳邻域12kpc之外细致探索了银河系外盘的空间结构,他们基于修正后的数密度和平滑银河系模型, 利用径向非参数方法揭示出外盘的空间结构比想象中更为复杂有趣。 他们发现, 银河系的盘至少在 19 kpc没有截断并且伴随有向下弯曲和向上弯曲的特征, 他们认为向下弯曲是由于盘的径向迁移导致, 向上弯曲是由于薄盘、厚盘的渐变造成,并推测出14 kpc以外的外盘成分有可能属于厚盘的延伸, 证实厚盘比薄盘更加延展, 标长更长,这与化学上的结论相反。恒星与恒星系统团组研究人员还刻画出了直到19 kpc的银河系盘的边缘增厚特征, 并且发现离银心9-10.5 kpc处有一个奇特但目前未知的波动成分。
  
  该团队证认并发现了很多子结构, 如North near, South middle, Virgo, 证实银河系盘的震荡是普遍存在的。银河系外盘的麒麟环结构是当今银河系研究领域处于热门争论中的外盘子结构, 王海峰等人经研究分析得到一个很强的结论:麒麟环结构起源于盘, 而不是起源于卫星星系或矮星系的吸积, 之前很多工作因为主要利用高纬度的数据且未细致考虑盘的边缘增厚, 所以无法给出比较清晰的定论, 基于LAMOST的大样本数据可以相对较好地解决这个问题。可见,LAMOST光谱巡天在外盘研究领域展现出了较高的科学应用价值。
  
  目前该文章已被发表在国际天文期刊《英国皇家天文学会月刊》MNRAS上(https://arxiv.org/abs/1804.10485)。接下来该团队将会利用Gaia和LAMOST 数据更细致、多维度地诊断银河系外盘的物理细节与历史真相。

 

 
图一:左边图展示的是不同成分在Z=0kpc的数密度轮廓。黑色圆点代表总的盘数密度径向轮廓。红色圆圈和蓝色正方形代表薄盘和厚盘在R=14kpc内的径向轮廓。黑色的三角形是代表14kpc以外外盘的径向密度。作为比较, 黑色的交叉点是晕的数密度轮廓。我们对盘的总体数密度分布都进行了形态学上的指数拟合, 分别为三段黑色虚线。同时对厚盘也做了拟合, 用蓝色虚线表示。右边子图显示的是薄盘, 厚盘, 14kpc以外盘的标高随距离的分布, 分别是红色空心圆圈, 蓝色正方形, 黑色三角形。绿色的实线和虚线表示团队成员Wan等人所描述的年轻和年老红团簇星的标高分布。灰色的实线和虚线是Lopez-Corredoira等人所描述的薄盘, 厚盘的Flare模型, 灰色的点虚线是Lopez-Corredoira等人采用的另一模型。蓝色的虚线表示厚盘和外盘的多项式拟合结果。

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