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科研人员利用LAMOST数据精确测量银河系旋转曲线

发表日期:2016-11-04来源:放大 缩小

  银河系的旋转曲线是研究银河系质量分布最为有力和直接的手段。它的测定可以被用来精确限定银河系总质量以及太阳邻域内的暗物质密度。因此精确测量银河系旋转曲线具有非常重要的意义。 

  目前测量银河系旋转曲线的方法有很多,一般而言,根据区域的不同,可以分为三种。对于内盘区域,旋转曲线可以通过切点法得到精确的测量。对于外盘区域,可通过对有距离和视向速度测量的运动学偏冷探针的运动学分析来构建旋转曲线。然而,由于距离测量精度差以及非轴对称结构扰动的影响,这些探针给出的外盘旋转曲线一般存在较大的误差。对于银晕区域,可以依据金斯公式,通过测量晕族探针的径向速度弥散、数密度分布以及各向异性因子β给出旋转曲线。而这样给出的旋转曲线由于与实际的偏离而存在系统偏差。 

  为了克服上述外盘和银晕区域中确定旋转曲线所面临的困难,近期,北京大学黄样博士和刘晓为教授等人从第二代LAMOST 反银心方向巡天增值星表和SDSS/APOGEE巡天数据中遴选出约16000颗主红团簇巨星样本(针对外盘区域),以及从SDSS/SEGUE数据中遴选出约6000颗晕族K巨星样本(针对银晕区域)来精确测量银心距8kpc100kpckpc:千秒差距,1kpc=3260光年)范围内的旋转曲线。由于主红团簇巨星属于标准烛光和年老星族,其距离可以得到高精度的测量,其精度好于5%-10%,且受到的非轴对称结构的扰动影响相对较小。据此,黄样和刘晓为等人给出了迄今为止最为精确的外盘旋转曲线,典型精度达到5-7 km/s(见图1红点)。对于晕族K巨星,黄样和刘晓为等人搜集了目前所有关于各向异性因子的测量值来给出准确无偏的晕族旋转曲线,典型精度为几十公里每秒(见图1蓝点)。 

  如图所示,新得到的旋转曲线在银心距25 kpc以内基本是平的,数值约为240 km/s,在25 kpc以外随银心距的增大而减小,到100 kpc时降为150 km/s左右。除了上述整体趋势外,新测旋转曲线上还存在两个局域低谷,分别位于银心距约11kpc19 kpc处。这两个低谷可能暗示着银盘上存在两个大质量(暗)物质环。基于这一新测旋转曲线和其它观测限制,黄样和刘晓为等人构建了银河系的质量模型。在该模型中,银河系的维里质量为(0.9±0.08×1012M⦿, 太阳邻域暗物质密度为0.0083±0.0005 M⦿pc-3 

  该项研究成果已被国际著名天文期刊《英国皇家天文学会月刊》(MNRAS)接收。 

  最终合并的银河系旋转曲线。其中,绿点代表来自于Fich等人中性氢数据给出的内盘旋转曲线,红点代表来自于主红团簇巨星样本给出的外盘旋转曲线,蓝点代表来自于晕族K巨星样本给出的晕区旋转曲线。金色实线代表质量模型对合并旋转曲线的最佳拟合,其它各个颜色代表不同的银河系组成成分对旋转曲线的贡献。 

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