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科研動態

科研人員在銀河系外盤的多星族非對稱動力學特性上取得新進展

發表日期:2019-11-19來源:放大 縮小

  隨著各類大型銀河系巡天的開展,如LAMOST(郭守敬望遠鏡), Gaia(歐空局蓋亞衛星);在銀河系研究領域,我們已經清楚的知道銀河系並非平滑對稱分布,在集中了銀河系至少90%重子物質的銀盤上,呈現的並不是在軸對稱引力勢下的物理圖像。我們需要更多深刻的物理機制來進一步剖析銀河系盤。 

  近期,LAMOST特聘青年研究員、云南大学王海峰博士后和云南大学黄样、陈丙秋副教授,国家天文台邓李才研究員,与美国及西班牙研究团队合作,基于LAMOST巡天數據,在6-14kpc的銀河系盤區域上,不僅肯定了王海峰等人(Wang et al, 2018b, MNRAS, 478, 3367; Wang et al., 2018a, MNRAS, 477, 2858)之前在數密度和速度空間上探測到的“北近結構(North near)”,還爲該子結構刻上了時間演化序列,發現該結構是一個相對年輕、化學豐度較貧、金屬豐度較富、“存活時標”大致是60億年的結構。更有趣的是,王海峰等人還對該子結構進行了詳細地動力學分析與量化,他們認爲該結構對應的盤面非對稱物理機制目前很難給出一個非常精准的結論,但可推測該結構不太可能是銀河系的棒、外盤的橢圓性分布、盤的長期膨脹或者星流的動力學效應所導致的,其他物理機制如旋臂的動力學、外盤的非平衡態破損、矮星系的次並合極有可能起著非常顯著的作用。同時該工作還細致描繪了盤上徑向速度梯度變化的星族結構。 

  上述主要覆蓋徑向速度的分析,在垂向速度空間上,王海峰等人在超越太陽鄰域外,清楚探測到盤的垂直向上的運動特性(“bending mode”,彎曲動力學模式),該特征與最近Gaia的結果幾乎完美吻合,但該工作發現其動力學敏感時間是80億年,不同于盤面的非對稱“存活時間”。王海峰等人還對該運動學特征進行了定量分析,發現目前結果較爲清晰的吻合當前比較流行的“bending”和“breathing”數學模型,該兩種分析模型的動力學機制目前是國際研究的難點問題,這份工作比較好地提供了一種觀測約束。在對于垂向速度的動力學物理起源的分析過程中,該工作很清楚地支持了這兩種物理模式。另外,王海峰等人指出,這些複雜的非對稱性很可能在一個統一的動力學分布函數約束下,銀河系的內部與外部動力學機制共同發揮作用,才使得我們今天可以在不同相空間與星族下看到豐富多彩的銀河系盤相空間震蕩特征。部分類似的物理圖像與動力學細節在國家天文台徐岩等人的近期工作中也將會得到一定的體現。 

  值得一提的是,王海峰等人還大膽假設如果這些垂向運動是由于銀河系外盤的翹曲(warp)所致,我們會探測到什麽樣的物理現象呢?他們用一個簡化的解析翹曲模型,發現如果翹曲主導這些垂直非對稱運動現象的話,我們銀河系的翹曲就肯定是一個長期存在的非對稱結構。目前,該團隊正在撰寫有關翹曲強度的動力學演化初稿文章,期待更加細致地審視這個有趣的“S”型結構。 

  目前,該研究成果已經被國際知名天文期刊英國《皇家天文學會月刊》接收(文章預印本:arXiv:1905.11944)  

  該研究得到中國博士後科學基金(2019M653504)LAMOST特聘青年研究員科研基金与培育项目、国家重点研发计划“基于LAMOST巡天的銀河系研究”(SQ2019YFA040021),雲南省博士後定向培養計劃、西華師範大學天文系短期訪問學者計劃的支持。 

  上圖表示的是銀河系三維非對稱速度沿著徑向距離的分布,可以看到有很多梯度分布,不同的顔色代表不同的年齡星族,垂直的紅色實/虛線代表銀河系的四條旋臂位置。下圖表示文中利用一個簡化模型對銀河系翹曲強度以及強度變化參數的模特卡羅擬。  

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