移動星群沒有星團的凝聚力,也沒有星流的宏偉壯觀,可能只是宇宙中短暫的過客,但是它的存在可以揭示銀河系動力學演化歷史。
顧名思義,移動星群是具有相似運動的一群恒星。雖然一起運動,但是它們在空間位置可能并不相鄰。早在1869年天文學家就在太陽鄰近區域發現了兩個明顯的移動星群,然而移動星群概念是在20世紀60年代由美國天文學家艾根(Olin J. Eggen)提出的。
艾根發現了一些空間位置彌散的恒星具有相似運動,而且運動速度和一些星團很接近,于是他們就主觀的認為這些恒星是從星團“逃”出來的。他們稱這些恒星為移動星群,并且依據和他們速度相近的星團或者恒星的名字命名。比如著名的Hyades移動星群、Sirius移動星群、大角星群等等。
圖1. Hyades星團 (圖源:使用Gaia Sky創建,ESA / GAIA / DPAC , CC BY - SA 3.0 )
自那以后,天文學家們對移動星群產生了濃厚的興趣。20世紀90年代中期,歐洲航天局的依巴谷衛星發布了高精度的天體測量數據,移動星群的研究進入了一個新時代,陸續發現了一大批新的移動星群候選體。
2009年,國家天文臺趙景昆等人利用14000多顆矮星和6000多顆巨星組成的樣本,發現了22個移動星群候選體,在當時被評價為最完備的移動星群樣本(AN,334,756)。
隨著研究的深入,天文學家越來越質疑艾根的觀點,他們發現絕大部分移動星群和星團并沒有本質的關聯。組成移動星群的成員星的年齡以及金屬豐度并不一致,彌散遠遠大于測量誤差,不是誕生于同一分子云。
后來經過不斷的探索,一些移動星群被證實和銀河系中心棒以及旋臂有關,中心棒的共振以及銀河系的旋臂會促使一些恒星聚集,從而形成移動星群,相應的動力學模擬工作也逐漸開展起來。
隨著SDSS、RAVE、LAMOST以及Gaia巡天數據的釋放,移動星群的研究取得了更大的進展,更多的移動星群被發現,并且將其研究從太陽近鄰擴展到更遠的地方。
圖2:LAMOST望遠鏡和歐洲空間局的Gaia衛星(圖源:LAMOST運行和發展中心)。
特別是利用Gaia的數據提供精確的天測數據,在太陽近鄰發現絕大部分的移動星群位于一些較大弧狀結構之上(圖3),是這些弧狀結構的重要組成部分。
圖3. 太陽近鄰的移動星群分布,加號表示發現的移動星群,帶圓的加號表示可信度高的移動星群 (圖源:A&A, 619, A72)
移動星群的表象是很一致的,就是一群一起運動的恒星,但是導致它們一起運動的機制是錯綜復雜的。它們的產生機制主要有三種,第一種是銀河系中心棒以及旋臂的非軸對稱引力勢導致的,第二種是并合事件擾動導致的相空間混合會促使一些恒星一起運動,最后一種就是潮汐流經過演化后恒星仍然保持相似的運動,這些移動星群可能是星團或者矮星系潮汐流的一部分。
目前很多移動星群的形成機制仍然存在爭議。達成共識的有Hercules這個移動星群,被認為是銀河系中心棒的外林德布拉德共振導致的。另外幾個著名的Sirius、Hyades、Pleiades、Wolf 630、γLeo等移動星群可能是第一、第二種機制共同作用導致的。為了還原它們的形成,需要更加精細可靠的數值模擬。
厚盤的移動星群主要有兩個,AF06和大角星群,這兩個剛發現的時候根據他們的運動學信息認為是被銀河系吸積矮星系的殘骸,后來經過對他們年齡以及化學豐度分析,證實了它們的成員星是銀河系本地產生的。銀暈中的移動星群有的來自于矮星系的吸積遺跡,也有的是并合事件的擾動產生的,可以通過化學豐度以及軌道模擬來追溯它們的起源。
圖4. LAMOST郭守敬望遠鏡 (圖源:孔嘯)
我國自主創新研制的國家重大科技基礎設施、目前世界上光譜獲取率最高的LAMOST已經發布了千萬量級的天體光譜。
從LAMOST DR1到DR5,趙景昆等人發現了一系列的新的移動星群:
利用DR1和DR2數據在暈中發現了7個新的移動星群;
利用LAMOST DR3和Gaia DR1的TGAS數據,在銀盤發現了4個新的移動星群,這4個后來均被Gaia DR2數據進行了證實;
利用Gaia DR5數據,在本地旋臂發現了一個新的移動星群,提供了旋臂密度波驅使恒星聚集的證據。
對于新發現的LAMOST-N1移動星群,他們利用SUBARU望遠鏡進行了后繼觀測,得到了6顆成員星的11種化學元素的豐度,分析了它們的豐度模式。發現這個星流成員星的[α/Fe]比相同金屬豐度的銀河系場星平均低0.1dex(圖5左), 和Nissen 的低α暈星(圖5中的紫色棱形,被認為來自于銀河系對矮星系的吸積)分布較一致。
圖5. [α/Fe]和[Ba/Y]豐度模式。紅色矩形框表示LAMOST-N1的成員星,小黑點表示銀河系的場星,三角代表矮星系的成員星,綠色棱形表示Nissen厚盤星族,藍色棱形表示Nissen高α暈族恒星,紫色棱形表示Nissen低α暈族恒星 (圖源:ApJ, 868, 105 )
中子俘獲元素[Ba/Y]比銀河系場星高0.2dex(圖5右),鐵族元素Cr豐度比銀河系場星偏低約0.15dex,這些觀測結果表明LAMOST-N1的化學屬性和銀河系有明顯的不同,可能來自于來外部系統。
由于LAMOST-N1的豐度模式和目前已知的典型的矮星系的豐度模式也不完全一致,它的前身可能來自于一個較大的矮星系或者較早被吸積的矮星系。
移動星群的研究雖然取得了較大進展,但是仍然存在一些懸而未決的問題,高精度的模擬和精確的化學豐度可以幫助我們更好的理解它們的形成以及演化。
作者簡介:趙景昆,國家天文臺研究員,從事銀河系結構與化學演化方面的研究。
文稿編輯:蔡琳
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