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刘晓为教授团组基于大科学装置LAMOST新发现一对超高速星

发布时间:2017年09月14日        点击量:

近日◇◇,凤凰彩票官网中国西南天文研究所刘晓为教授团组基于国家大科学装置郭守敬望远镜(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜◇◇,英文简称LAMOST)大规模银河系光谱巡天的研究工作又获得了重要新发现◇◇,取得新进展□□。

新近发现了两颗距地球7万多光年的超高速星◇◇,分别命名为LAMOST-HVS2和LAMOST-HVS3□□。这是基于LAMOST大规模银河系光谱巡天发现的第二和第三颗超高速星□□。

银河系中的大多数恒星都像太阳一样以约200千米每秒的速度绕银河系中心运动□□。所谓超高速星是指一类速度高到能够脱离银河系引力束缚的恒星◇◇,如果寿命允许◇◇,它们将最终飞出银河系□□。20世纪80年代末◇◇,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室天体物理学家杰克·希尔提出◇◇,运动到银河系中心超大质量黑洞附近的双星系统有可能被黑洞巨大的潮汐力所瓦解◇◇,被瓦解的双星系统的一颗自行被高速抛出◇◇,成为超高速星□□。该预言提出近20年之后◇◇,美国哈佛-史密森天体物理中心科学家沃伦·布朗才第一次在银河系中探测到此类恒星□□。探测超高速星极为困难◇◇,迄今为止◇◇,天文学家也仅仅在数千亿颗银河系恒星中证认出了20余颗此类恒星◇◇,远低于银河系有超过1000颗超高速星的理论预言□□。

此次由团组成员黄样博士牵头发现的两颗超高速星均是离银河系中心较近(100万光年以内)的明亮天体□□。其中LAMOST-HVS2与此前郑政等人基于LAMOST数据发现的首颗超高速星LAMOST-HVS1有着相近的银心距◇◇,是目前发现的距银心最近的超高速星□□。这非常有利于对它们进行更为细致的后续观测和研究□□。尤其是结合欧空局新一代天体测量卫星Gaia即将释放的高精度自行数据之后◇◇,将有望对超高速星的产生机制、银河系中心超大质量黑洞的性质以及银河系暗物质晕的质量分布给出极为严格的约束□□。

该研究成果已被国际顶级专业学术期刊《天体物理学杂志通讯》(The Astrophysical

Journal Letters)接受并得到审稿人高度评价□□。成果在预印本文库发布后(https://arxiv.org/abs/1708.08602)◇◇,首颗超高速星的发现者沃伦·布朗教授第一时间发来贺信◇◇,称这是“令人兴奋的一对超高速星发现”(“an

exciting pair of hypervelocity star discoveries”)□□。随后◇◇,今日宇宙(Universe Today)和世界科技研究资讯资讯网(Phys.org)等媒体分别撰文予以报道□□。

报道链接:

https://www.universetoday.com/137100/chinese-astronomers-spot-two-new-hypervelocity-stars/

https://phys.org/news/2017-09-distant-hypervelocity-stars-chinese-astronomers.html

基于LAMOST的海量巡天数据◇◇,团组成员陈丙秋博士牵头对近邻超新星遗迹S147进行了详细研究◇◇,发现了与S147成协的尘埃云◇◇,并首次对S147的整体运动学和辐射性质进行了超精细刻画、分析和研究□□。

质量超过8个太阳质量的大质量恒星在演化晚期中心核能耗尽后◇◇,将发生塌缩并引发超新星爆炸□□。爆炸抛出的物质向外极速膨胀并与周边星际介质发生作用◇◇,形成延展的超新星遗迹□□。超新星遗迹包含了超新星爆发释放的巨大能量和大量重元素(天文学家将重于氢、氦的元素统称为重元素或金属元素)◇◇,对星际介质的物理、化学性质产生重要影响◇◇,是恒星形成及星系化学动力学演化的重要驱动因素□□。事实上◇◇,有关超新星遗迹的众多观测现象都源于其与不均匀星周/星际介质间的相互作用□□。不仅如此◇◇,超新星遗迹还被认为是宇宙高能粒子(如宇宙线)的重要加速场所◇◇,超新星遗迹及其与星际介质相互作用的研究因此成为阐释宇宙高能粒子起源的重要一环□□。

超新星遗迹S147(G180.0-1.7)是银河系反银心方向一个年老的壳状超新星遗迹◇◇,角直径约200角分◇◇,是研究超新星遗迹及其与星际介质作用的良好实验室□□。2012年◇◇,天文学家利用费米伽马射线太空望远镜发现在S147区域有一个延展的伽马射线源可能与超新星遗迹成协◇◇,表明S147可能正在与其周边大型分子云相互作用□□。然而传统的、基于一氧化碳(CO)分子辐射的搜寻并没有找到与该超新星遗迹成协并与之发生相互作用的分子云□□。凤凰彩票官网中国西南天文研究所团组基于盱眙反银心方向测光巡天数据◇◇,结合2MASS和WISE红外测光巡天数据以及LAMOST大规模银河系光谱巡天数据◇◇,精确测量和描绘了S147区域星际尘埃的三维分布◇◇,首次发现了与S147成协的尘埃云◇◇,并将其命名为S147尘埃云□□。该尘埃云的形态与伽马射线源十分一致◇◇,从而在观测上证实了该超新星遗迹正在与周边分子云发生相互作用□□。分析还给出了S147的距离约3800光年□□。这一估计与国际上基于其它分析方法得到的最新结果非常一致□□。

本项工作在国际上开辟了一条通过测量和分析星际尘埃三维消光分布来搜寻与超新星遗迹成协分子云的新路径□□。相较于传统的基于CO分子辐射的方法◇◇,该方法避免了CO分子光解效应及探测极限带来的局限◇◇,可以有效地搜寻和发现与超新星遗迹产生相互作用的分子云□□。此外◇◇,该方法克服了银河系外区域分子云距离难以测定的困难◇◇,能够给出分子云的精确距离□□。本项工作已被国际专业学术期刊《皇家天文学月刊》(Monthly

Notices of the Royal Astronomical Society)接受◇◇,将于近期发表(预印本文库链接https://arxiv.org/abs/1709.01065)□□。

除此之外◇◇,另一篇基于同一组LAMOST数据对S147辐射和动力学性质的研究工作也已完成并投稿《皇家天文学月刊》◇◇,有望近期被接受发表□□。基于LAMOST的优势数据◇◇,该项工作首次获得了完整的覆盖S147全部区域的视向速度和发射线强度、线宽分布图◇◇,详细刻画、分析和研究了该空间(角)尺度巨大的超新星遗迹的辐射和动力学性质□□。

延伸阅读:

郭守敬望远镜(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜◇◇,英文简称LAMOST)是我国自主创新研制的具有国际竞争力的首台天文大科学装置◇◇,能同时获取最高4000个分布在20平方度视场里天体的全光学波段(370-900纳米)中低色散(R~1800)光谱□□。LAMOST的光谱获取率是当时国际同类最先进巡天望远镜SDSS的6.25倍□□。LAMOST的建成为我国开展银河系大规模光谱巡天◇◇,研究银河系的结构、形成和演化并在世界上占有一席之地提供了一个极为难得的、重要的历史机遇□□。在充分分析LAMOST实测性能指标及积累的观测数据的基础上◇◇,结合LAMOST所处兴隆观测站地理位置及天文气候条件◇◇,LAMOST科学委员会确立了以大规模银河系光谱巡天及多波段天体光谱证认为核心科学目标的巡天计划□□。该巡天计划包括三部分◇◇,其中由凤凰彩票官网中国西南天文研究所刘晓为教授团组提议、设计并领导实施的LAMOST银河系反银心方向光谱巡天(LSS-GAC)是整个巡天计划的重要组成部分◇◇,取得了重要系列成果□□。LSS-GAC通过对银河系薄盘、厚盘、晕及其过渡区域各类恒星的系统分光观测◇◇,首次在国际上实现了银河系大规模光谱巡天在天区覆盖、巡天体积、采样密度及统计完备性等方面的重大突破◇◇,为开展银河系特别是银盘的系统研究提供了极好的、具有传承价值的样本□□。截至2016年12月31日◇◇,基于LAMOST数据发表的科学论文已超过200篇◇◇,引用次数近1200次□□。其中刘晓为教授担任首席科学家的国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“基于LAMOST大科学装置的银河系研究及多波段天体证认”为LAMOST巡天计划的实施和科学研究作出了重要贡献□□。LAMOST巡天项目的实施◇◇,使我国在“基于‘郭守敬望远镜’(LAMOST)、‘日内瓦-哥本哈根巡天’(GCS)、‘斯隆数字巡天’(SDSS)等观测对星系结构、成分和演化的研究”这一国际前沿热点领域的研究处于与美国等西方发达国家“并跑”的位置(见冷伏海、赵庆峰、周秋菊《中美科研实力比较研究:基于〈2016研究前沿〉的分析》◇◇,《中国科学基金》2017年第1期)□□。

物理与天文学院供稿

(编辑:马竞欧)

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