首次呈現!球狀星團形成演化的 3D 全景
一項發表於《天文學與天體物理學》的研究,標誌着我們在對球狀星團(通常由 100 萬至 200 萬顆恆星構成的球形且極爲緊湊的恆星集合體)中多恆星族羣的形成及動態演化的理解上,取得了重要的里程碑式進展。
這項開創性的研究由來自國家天體物理研究所(INAF)、博洛尼亞大學以及印第安納大學的一組研究人員開展,這是首次針對我們星系中的 16 個球狀星團的代表性樣本,進行多恆星族羣的 3D 運動學分析。
來自博洛尼亞 INAF 的研究員、該文章的主要作者兼工作組協調員埃馬努埃萊·達萊桑德羅解釋道:“瞭解球狀星團形成和早期演化背後的物理過程,是過去 20 至 25 年中最引人入勝和飽受爭議的天體物理學問題之一。
“我們研究的結果提供了第一個確鑿的證據,表明球狀星團是通過多次恆星形成事件形成的,並對星團在整個演化過程中遵循的動態路徑施加了基本限制。這些結果是通過多診斷方法以及最先進的觀測和動態模擬的結合而實現的。”
該研究強調,多個羣體之間的運動學差異是理解這些古老結構的形成和演化機制的關鍵。
球狀星團的年齡可達 12 - 130 億年(因此可追溯到宇宙的黎明時期),是宇宙中最早形成的系統之一。它們代表了所有星系的典型羣體。它們是緊湊的系統(質量達幾十萬太陽質量,大小爲幾秒差距),甚至在遙遠的星系中也能觀測到。
“它們具有重大的天體物理學意義,”達萊西andro 說道,“因爲其年齡,它們不僅幫助我們測試宇宙形成的宇宙學模型,還爲研究星系的形成、演化和化學富集提供了天然實驗室。”儘管球狀星團已經被研究了一個多世紀,但最近的觀測結果表明,我們的知識在很大程度上仍然不完整。
“過去二十年來所取得的結果令人意外地顯示,球狀星團由不止一種恆星族羣組成:一種是原始族羣,其化學性質跟星系中的其他恆星類似;另一種則具有輕元素(如氦、氧、鈉和氮)的異常化學丰度,”博洛尼亞大學物理與天文學系的研究員、意大利國家天體物理研究所(INAF)的成員馬里奧·卡德拉諾(Mario Cadelano)說道,他是這項研究的作者之一。
“儘管有大量的觀測和理論模型旨在描述這些族羣,但調控其形成的機制仍未被弄明白。”
這項研究基於對 3D 速度的測量,即自行運動和徑向速度的組合,這些數據是通過歐空局的蓋亞望遠鏡以及來自諸如歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡等其他望遠鏡的數據獲取的,主要是作爲 MIKiS 調查(多儀器運動學調查)的一部分,這是一項專門旨在探索球狀星團內部運動學的光譜調查。使用這些來自太空和地面的望遠鏡,爲所選球狀星團中恆星的速度分佈提供了前所未有的三維視圖。
分析表明,輕元素丰度不同的恆星具有不同的運動學特性,例如旋轉速度和軌道分佈。
“在這項工作裡,我們對每個星團內的數千顆恆星的運動進行了詳細分析,”博洛尼亞 INAF 的博士生亞歷山德羅·德拉·克羅齊(Alessandro Della Croce)補充道。“很快便清楚了,屬於不同羣體的恆星具有不同的運動學特性:化學成分異常的恆星在星團內往往比其他恆星旋轉得更快,並逐漸從中心區域擴散到外部區域。”
這些運動學差異的強度取決於球狀星團的動力學年齡狀況。“這些結果與恆星系統長期的動力學演化情況是一致的,其中化學丰度異常的恆星比標準恆星更集中在中心形成並且旋轉得更快。
“這反過來表明,球狀星團是經由多次恆星形成事件而形成的,並且爲界定大質量恆星團形成及演化背後的物理過程和時間尺度提供了重要信息,”達萊桑德羅着重指出。
這種針對球狀星團內恆星運動的全新 3D 視圖,爲這些迷人系統的形成和動態演變提供了前所未有的、令人着迷的框架。