獵戶座星雲附近發現新的移動星群

2020-11-24 騰訊網

近期，中科院國家天文臺在網站上發布消息，博士生梁熙龍、趙景昆研究員等人利用LAMOST DR5 與 Gaia DR2的恆星數據，在獵戶座星雲附近發現了一個新的移動星群，該發現為研究恆星如何在銀河系旋臂上聚集、如何觸發星雲坍塌、如何催生新恆星等問題提供了寶貴的觀測證據。

太陽附近的星雲（來源：R. Hurt）

所謂移動星群（moving group），是指有著相似年齡、相似金屬豐度和相似運動屬性（如徑向速度和自行）的一群恆星。這是個什麼概念呢？首先，我們發現恆星普遍存在「組團」的現象，要麼組成星團（cluster），要麼組成星協（association），「散兵遊勇」少之又少。星團是由十幾顆至上百萬顆恆星組成的有著較強力學關係的集團，結構鬆散、外形不規則、恆星數相對較少的是疏散星團，結構緻密、中心集聚度高、外形呈現圓形或橢圓形的叫做球狀星團。需要特別指出一點，星團是由恆星組成的集團，是星系的組成部分，星系團（galaxy cluster）是由星系組成的集團，兩者在規模上可謂千差萬別。星協則是在空間上恆星密度比星團還要稀疏得多的集團。在同一星團或星協中的恆星成員，我們認為它們都具有相同的起源。上世紀60年代，美國天文學家奧林·埃根（OlinJ.Eggen）提出，隨著時間流逝，部分恆星成員有可能脫離星團或星協，成為移動星群。它們本來就擁有相似的性質，相同的出生，所以也是成協的，只不過現在自立門戶，開始遷徙了。

我國LAMOST（「郭守敬」望遠鏡）已經發布DR8數據，圖為DR1~DR7數據匯總。（來源：LAMOST）

臨近太陽的移動星群是研究的重點，它們對我們可能有著潛在的影響，可能與許多我們耳熟能詳的「明星」有關係，如：昴星團、畢星團、天狼星、武仙座大星團等。為此，天文學家在10多年前就編制了臨近移動星群表。不過近幾年不斷有新的臨近移動星群被發現。研究人員從LAMOST第五批數據中經過機器學習挑選出符合要求的657,561顆恆星（光譜數據），隨後結合「蓋亞」衛星第二批數據（位置數據），從空間上、性質上的相關性確定了這個移動星群的存在。本次新發現的移動星群位於獵戶座大星雲附近，總共包含了206 顆成員星，其中74 顆是主序前恆星（指核心核聚變尚未被點燃的原恆星），其餘為 G，K 巨星，分布在100秒差距（約326光年）的範圍中。這些成員星G、K巨星的溫度分布在4700K-5400K之間，主序前恆星的溫度在4200K-4500K之間。

新發現移動星群的空間位置與速度分布。圖中藍點表示成員星中的主序前恆星，紅點表示G、K 巨星。黑點代表獵戶座星雲中的恆星，綠點表示前人發現的獵戶座 X年輕恆星移動星群（Orion X moving group）。左上角子圖中的黑色弧線表示本地旋臂（Local arm）的中心位置。（Liang et al. 2020）

為什麼一個移動星群中出現了兩種差異顯著的星群呢？進一步分析表明，該移動星群中的主序前恆星可能形成於獵戶星雲中，而G，K 巨星卻與獵戶座星雲中的恆星處於不同的演化序列，按照星協理論，它們應該不是誕生於獵戶座星雲的。看來有兩波星群恰巧在此邂逅。研究人員推測，成員星中的主序前恆星是來自獵戶座星雲這個著名的恆星形成區，它們正向外擴散，但還未形成真正的恆星。而G、K 巨星則可能是「外來流動人口」，是跟隨旋臂密度波的峰值來到這裡的，顯著正隨著密度波峰值的離去而逐漸散開。

密度波理論示意（來源：Pearly Aqua）

密度波（density wave）是1964年由美籍華裔天體物理學家林家翹（Chia-Chiao Lin）和徐遐生（Frank shu）在荷蘭天文學家林德布拉德（Bertil Lindblad）工作的基礎上提出的解釋星系旋臂的一種理論。該理論認為旋渦星系的旋臂並不是永遠由同一批物質組成，恆星會進入旋臂稍作停留再離開，會向另一條旋臂移動。我們可以把旋臂（密度波波峰）位置類比為高架上的紅色擁堵節點，當由於車流量過高時，有限的車道上會出現擁堵狀況，後車在通過擁堵節點時只能緩慢行駛，耗費大量時間，當通過擁堵節點後，車輛又能提速了。當恆星運動到密度波波峰處，速度會降低，而這會導致更多的恆星在此處堆積，恆星的密集又造成更強的引力場，使得這種狀況得以延續，於是就形成了旋臂。同時，星際氣體進入旋臂時受到擠壓，從而觸發恆星形成。這個理論解釋了旋渦星系旋臂為什麼能保持穩定而不會越纏越緊，也解釋了為什麼明亮的年輕恆星會集中分布在旋臂上，但並未徹底解決旋臂起源的問題，也沒解決漩渦星系會生長出幾條旋臂的問題。（最新研究終於確定了銀河系擁有4條旋臂，詳情請見：速來圍觀！我們的銀河系原來如此美麗！（內含深度解析））

密度波理論所解釋的恆星在旋臂上的遷徙（來源：MATC）

現在看，本項研究中發現的新的移動星群可能與本地臂（Local arm）的密度波有關，加之恰好又在恆星誕生區，老恆星與準恆星存在著某種互動，因此我們可以順著這個思路繼續下去，探索密度波是如何影響旋臂上的恆星形成區的。

參考資料：

[1]國家天文臺研究人員在銀河系本地旋臂附近發現了新的移動星群

(http://www.bao.ac.cn/xwzx/kydt/202005/t20200507_5573981.html)

[2] C. R. O'Dell, W. J. Henney, N. P. Abel, G. J. Ferland, and S. J. Arthur.The Three-Dimensional Dynamic Structure Of The Inner OrionNebula (2020)

(DOI: 10.1088/0004-6256/137/1/367)

[3] 李競, 餘恆, 崔辰州. 中英天文學名詞. 2015

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