银河系盘恒星的径向迁移理论得到新验证

天文学家普遍认为,银盘的形成机制是“由内而外”的,在盘的化学性质上表现为外围区域恒星更年轻且金属丰度更贫,这也被大部分化学演化模型所预言。化学演化模型同时预言了金属丰度梯度与年龄的强相关性,即年老的恒星有更陡的金属丰度梯度。然而,这个相关性仅仅是不考虑盘恒星动力学的“静态”结果,这也是经典化学演化理论的基本假设:即恒星在其形成后就待在原初的地方,只有气体才可能产生径向的流动。Sellwood & Binney (2002)指出,处在共转共振点附近的恒星会得到或失去足够多的角动量使其引导中心半径发生明显的变化,变化幅度至多可达2 kpc,却并不引起恒星偏心运动振幅的增加。也就是说我们的太阳可能形成与离开目前位置2kpc远的地方。这个“径向迁移”或“径向混合”效应,也被描述为“搅动”(churning),它将导致年老的恒星发生更充分的混合,从而表现出更平坦的金属丰度梯度。此外,盘星在绕转过程中轨道偏心率也会逐渐变大,观测到的位置无法代表其真实的诞生时的半径,这种效应会导致金属丰度梯度测量的不准确,或者“模糊化”(blurring)。事实上,观测发现除了最年轻的恒星外的所有年龄段的恒星都存在一个很宽的金属丰度分布,即使消除偏心运动带来的“模糊化”影响之后,这个分布依然很宽,也与经典的化学演化模型预言想矛盾。

上海天文台星系宇宙学中心研究生俞锦程等人从Geneva-Copenhagen巡天数据和RAVE(南天视向速度巡天)数据中选取了太阳领域的薄盘主序星各约10000颗。他们通过z方向的角动量这一守恒量计算其引导中心半径以消除“模糊化”效应,用有效温度作为恒星年龄的指标。他们发现随着年龄的增加,样本恒星的金属丰度梯度变平。同时结合M-矮星的观测资料发现这一变平的趋势将在年龄约为10Gyr后达到饱和,大致等于银河系薄盘的年龄,这也是盘径向混合发生作用的时间上限,从而有效地验证了银盘恒星的径向迁移理论。这一工作将发表在2012年8月的美国天体物理杂志(ApJ)上。

尽管如此,工作中的最大不确定性来自与恒星年龄的准确估计,以及大样本银盘恒星视向速度、金属丰度以及距离的测量。目前正在进行先导巡天的我国大科学工程郭守敬望远镜(LAMOST)有望在这一理论的验证方面作出贡献。我们预计将观测银盘百万量级的恒星光谱,有望用更大的样本数据来检验银盘恒星的径向迁移理论。


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