银河系核球区高视向速度恒星起源的新解释
“不识庐山真面目,只缘身在此山中”。
尽管天文学家们对宇宙中的众多星系有着详细的研究,但对于我们居住的银河系却一直不能窥其全貌。银河系是一个由星系盘,中心核球,以及暗物质晕组成的旋涡星系。此前,中科院上海天文台的沈俊太研究员利用高精度多体模拟已经证实了银河系的核球其实主要是侧面看到的银河系的棒,并且发现银河系可能并不包含一个显著的由星系并合而形成的经典核球。最近,斯隆数字巡天三期项目(SDSS-III)的APOGEE预观测项目宣布在银河系核球区探测到了一个占相当比例(~10%)的高速恒星冷峰(cold high-V peak);其视向速度约为200 km/s,速度弥散约30 km/s(Nidever et al. 2012, ApJL)。作为APOGEE项目的首篇科学结果论文,其主要结论认为该现象反映了银河系棒内部恒星的径向流。最近,中国科学院上海天文台的沈俊太团组利用银河系棒/核球的数值模型检验了APOGEE预观测的结果,质疑APOGEE团队关于高视向速度恒星冷流起源的结论,并且做出了更为合理的新解释。该项科研成果已经以通讯快报的形式正式发表在最新一期的国际核心期刊《天体物理杂志》(ApJL)上。
这项工作由中科院上海天文台的李兆聿助理研究员与沈俊太研究员、国家天文台的毛淑德研究员、及美国加州大学洛杉矶分校和德国莱布尼兹研究所的科研人员合作完成。通过分析多个银河系自洽动力学模型,该科研团队详细研究了模型中棒结构的动力学特征,并与观测进行了比较。与APOGEE的解释不同,该团队发现即便由于棒的存在,核球区恒星的视向速度分布并不表现出一个单独的高速冷峰。然而,核球区视向速度分布确实存在一个延展的高速成分。棒中恒星的运动能够清晰地在距离—速度图上呈现出来。通过对距离—速度图的分析,他们发现这些高速粒子的存在可以简单地利用几何学来解释:运动轨道与视线方向相切的那些粒子更容易产生较高的视向速度,并因为在切点附近粒子数密度最高而主导视向速度分布,而且切点的位置与距离—速度图中显示的结果一致。“核球高速星的存在其实并不直接反映棒结构内部恒星的运动,一个无棒的纯盘模拟也会有类似的观测现象。” 沈俊太表示,“对银河系棒结构特征的研究无疑需要考虑恒星距离和运动学的多维参数分布,而不能仅仅通过视向速度的一维分布,否则很容易得到错误的结论。另外,我们也在积极和其他国际观测学者合作,重新审视APOGEE预观测数据得到的高速峰是否真实存在。”
随着国内外众多银河系巡天项目的开展(如Gaia、LAMOST和APOGEE等),银河系研究即将迈入“大数据”时代。利用丰富的观测数据,中国科学院的星系动力学团队将继续深入开展数值模拟与观测的比较工作,从更多的角度来研究银河系不同结构的动力学特征,从而对银河系结构及其形成与演化做出更深刻的理解。
(论文详见 Li et al.,2014,ApJL, 785, L17)
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