中国科学家证实：银河系截面为波浪结构，反银心子结构起源于银盘

北京时间 5 月 8 日消息，西华师范大学物理与空间科学学院李静副研究员与国家天文台薛香香研究员等人利用 LAMOST 和 Gaia 数据，对位于反银心的麒麟座星环、三角座 - 仙女座星流和 A13 等子结构的起源开展研究，发现它们并不是被银河系吸积的矮星系的遗迹，而是银河系外盘的一部分。该结论结束了天文界长期以来关于反银心子结构起源的争议。研究还发现反银心的子结构可延伸到距离银河系中心 9.78 万光年处，是经典银盘尺度的 2 倍。这也佐证了 2018 年国际团队利用 LAMOST 数据发现银河系尺寸比传统认知的大了一倍的结论。该成果已在国际知名天文期刊《天体物理学报》（2021,ApJ,910,1）上发表。

▲ 图 1 银河系盘具有“波浪”一样的起伏特点。图源：海蒂・纽伯格

截止目前，天文学家在反银心方向上已发现的子结构包括北近结构、南中结构、麒麟座星环，A13 和三角座 - 仙女座星流，从内向外从 3.9 万光年到 9.8 万光年依次延展排列。这些子结构共同构成了反银心方向上独特的风景线。不仅如此，这些恒星子结构还交替出现在银盘的南北两侧，勾勒出银盘近似波浪状起伏的优美姿态。

这些子结构的发现让天文学家重新认识了我们的银河不是传统认知的光滑扁平盘，而是星波荡漾的不安分银河。但这些反银心子结构到底起源于哪里？天文学家对此一直存在争议。

李静等人利用 LAMOST 在银河系反银心观测到的大样本数据优势，结合 Gaia DR2 的高精度自行数据，分别从 LAMOST DR5 的 K 型和 M 型巨星样本中搜寻到 589 颗来自麒麟座星环、三角座 - 仙女座星流和 A13 结构的成员星，这是目前最大的反银心子结构成员星样本。银河系盘结构与其它旋涡星系一样被认为具有薄盘和厚盘两个组成部分（如下图所示）。首先，李静等人继续将这些已确认的反银心子结构成员星的化学元素含量（金属丰度）、运动特征以及能量角动量分布与银盘进行“亲子鉴定”，惊喜地发现，这些成员星与银盘拥有相似的近圆形运动轨道。金属丰度与厚盘星相似，这都表征了这些子结构成员星来自于银盘厚盘。

▲ 图 2 银河系结构示意图（来自网络）

为了进一步验证，研究者发现这些子结构成员星的元素丰度明显低于厚盘，这是由于目前外盘依然存在很多冷气体，相对于内盘，分子云密度低，历史上平均的恒星形成效率低，化学元素的金属丰度增加的不充分，因此元素丰度比薄盘星要低。综上，从运动特征和化学 DNA 鉴定，天文学家推测这些子结构成员星应该属于低丰度贫金属外盘星，也就意味着这些反银心子结构起源于银盘。而这些子结构分布于距离银河系中心 3.9 万光年到 9.78 万光年的范围，这也论证了离银心 9.78 万光年处仍然存在外盘成分。

这一结论佐证了银盘的半径至少有 9.78 万光年，是最早人们认识的经典盘尺度的两倍，这与 2018 年刘超研究员所在的国际团队基于 LAMOST 数据的研究成果 —— 银河系从“二环”扩建到“五环”的结论相吻合。此外，研究人员也证实了麒麟座星环，A13，三角座 - 仙女座星云是银河系外盘一部分的观点是正确的。

▲ 图 3 左图是挑选的成员星样本在 X-Y 空间的轨道分布。右图显示的是成员星样本（红色五角星）与盘星样本（黄色部分：薄盘，紫色部分：厚盘）以及人马座矮星系（绿色圆圈）在能量 - 角动量空间的分布对比图。

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