“恒星亲子鉴定”将孤儿恒星与它们的银河系起源相匹配

黄俊琼

“恒星亲子鉴定”将孤儿恒星与它们的银河系起源相匹配。信用:CC0公共领域

（）据利哈伊大学（艾米·怀特）：在疏散星团的混沌环境中，物体之间的强烈引力相互作用可以将单个恒星发射到星团之外很远的地方，甚至是我们的星系银河系之外。现在，研究人员首次使用欧洲航天局Gaia任务的新数据，绘制了存在于银河系盘面之外的几颗恒星的起源星团图。

今天，在新奥尔良举行的美国天文学会(AAS)第243次会议的新闻发布会上，来自利哈伊大学的研究人员展示了这项发现，“恒星亲子鉴定:将高纬度B星与其出生的疏散星团进行匹配”。

利哈伊大学物理学副教授m .弗吉尼亚(金妮)麦克斯温说:“通过追溯它们的起源，我们能够将其中15个与它们诞生的星团相匹配。”“如果我们能够非常有把握地说出其中一些恒星来自哪里，我们将会对银河系中星团的历史有更多的了解。”

银河系薄圆盘之外的大多数恒星，包括中心直径较粗的旋臂，都超过80亿岁，形成于银河系历史的早期。考虑到他们年纪很大，他们从出生地远行也就不足为奇了。

由于我们星系中几乎所有的恒星形成都发生在薄盘中，热B型恒星在这个区域之外很少被发现。然而，这些年轻恒星中的一小部分——估计年龄在1000万至1亿岁之间——被发现位于圆盘上下的高海拔地区，可能是在过去几百万年中从它们诞生的星团中喷射出来的。

“热恒星不经常冒险离开圆盘，所以当他们这样做时，他们显然是不合适的，”为该项目提供关键研究的利哈伊大学本科生布兰登·施韦尔斯说。“当近距离、三体或四体引力相互作用甩出星团成员时，这些‘母’星团可能会甩出大多数B型恒星，使它们逃离银河系平面。”

研究中的一颗恒星以特别高的速度被甩出，所以它可能是在一个靠近的双星系统中的超新星爆发中被抛出的，Schweers说，他是一名研究天体物理学的高级研究员。恒星甚至可以被甩出去，只是为了摆回来，然后再被甩出去。

虽然这些“孤儿”恒星已经为人所知20年了，但之前没有人被绘制到它们的起源位置，因为没有高质量的数据可以追溯到它们的起源。然而，利用盖亚任务的数据，研究人员能够以比以前更高的精度破译恒星的运动。

使用轨迹追溯时间

Gaia任务于2013年启动，旨在调查银河系中超过10亿颗恒星，并建立一个精确的银河系三维地图。这些数据包括前所未有的恒星位置测量和最亮的1.5亿个天体的径向速度测量。

基于2022年发布的盖亚数据，利哈伊的研究人员跟踪了95颗高纬度B星和约1400个已知的银河疏散星团的运动学轨迹，以确定它们过去可能相交和可能发生喷射的时刻。

“利用它们在空间中的三维位置和三维速度，我们能够计算出每个星团和高纬度恒星在过去3000万年中的轨迹，”麦克斯温说。他们使用开源的Python galpy包进行星系动力学分析，对星系每个点的引力场进行建模。

一旦他们确定了潜在的匹配，他们就将每个疏散星团的每个喷射恒星的颜色和亮度与赫茨普龙-罗素(H-R)图进行比较，这是一种颜色星等图。一个疏散星团通常有数千颗年龄和成分相同、距离相同的恒星。

“H-R图的形状主要取决于星团的年龄，所以我们可以判断被喷射的恒星是否与其潜在的星团兄弟姐妹年龄相似，”麦克斯温说。应用H-R测试进一步缩小了潜在匹配的范围。

最后，他们分析了可能匹配的每个星团的核心密度。密度较高的星团成员之间的引力相互作用更强，这使它们最有可能喷出恒星。

亲子鉴定呈阳性

结合这些工具，研究人员确认了15个孤儿明星的阳性亲子匹配。正是这种银河系谱追踪给了施韦兹这次演讲的标题灵感。

“当我达到比较潜在匹配的颜色和亮度，并丢弃那些在H-R图中显示相关性很差的颜色和亮度的阶段时，我觉得我好像在比较孤儿恒星和他们潜在兄弟姐妹的‘DNA’，”施韦尔斯说，这让他想起了“莫里·波维奇秀”

“我想每个人都听过这句话，‘你不是父亲’，这句话来自那部电视剧。对于这些星团中的许多，我基本上是在告诉他们，他们不是这些孤儿恒星的父母，所以我想出了‘恒星亲子鉴定’这个名字，”他说。

根据他们的轨迹计算，研究人员估计喷射发生在大约500万至3000万年前，“以30-220公里/秒(67，000-490，000英里/小时)的速度将废弃的恒星抛向它们现在的位置，”他们写道。“我们的结果提供了对每个孤立恒星喷射年龄的测量，为年轻疏散星团中动态与超新星喷射的相对重要性提供了新的见解。”

他们补充说，虽然他们能够匹配一些遥远的恒星，但一些恒星无法非常合理地追溯到银河系的圆盘，这可能为其他不寻常的场景提供证据。这些可能包括在圆盘外的分子云中罕见的恒星形成，或者它们可能是过去与银河系合并的矮星系的遗迹。

2022年毕业的天体物理学本科生克里斯托弗·j·阿比莱斯·布拉默为该研究项目做出了贡献。