近日，由河北師範大學崔文元教授和研究生於揚、法國巴黎天文臺王海峰博士、國家天文臺劉超研究員等人組成的研究團隊，基於LAMOST 早型OB恆星和晚型K型巨星，細緻描繪了銀河系內年輕恆星盤邊緣增厚的空間結構特徵，並與氣體盤的空間結構做了比對。他們發現年輕恆星盤邊緣增厚的強度和年老恆星盤邊緣增厚的強度類似，沒有星族演化效應，因此研究團隊認為恆星盤的邊緣增厚現象更可能起源於星系擾動的物理過程，而非銀盤的長期演化機制。該成果是研究人員利用LAMOST資料在研究銀盤結構動力學及形成與演化問題上又一項實質性進展工作。該成果已被國際知名天文期刊《天體物理學報》接收。
銀盤是銀河系的主體結構，其包含了銀河系大多數的重子物質。目前科學家普遍認為銀盤存在薄盤和厚盤，但20多年前天文學家發現除了薄、厚盤星族，銀盤還在逐步“變胖”或“變平”，我們稱之為銀盤的“邊緣增厚（Flaring）”現象。銀盤的邊緣增厚在結構上體現出的特徵就是恆星或氣體盤的標高（標高是恆星數密度下降的表徵）隨著徑向距離的增加而增加，其物理影象目前尚無統一結論。目前天文學家認為導致銀盤邊緣增厚的第一類物理機制可能是旋臂動力學、分子云動力學、盤的徑向遷移等盤的長期演化過程，另一類物理機制可能是外部矮星系或星系內部的非長期演化動力學等因素。如果是由長期演化效應所導致的銀盤“變胖”，那麼我們應該看到不同星族的恆星邊緣增厚的量化特徵會呈現出顯著差異：年輕恆星的邊緣增厚強度應該更弱，而年老星族的邊緣增厚強度應該更強。但是目前該團隊所探測到的特徵完全沒有體現出這種差異，這暗示著銀河系盤的邊緣增厚更可能起源於星系的擾動過程，如人馬座矮星系的擾動等。
人馬座矮星系對於銀河系擾動的示意圖（繪圖：王海峰）
除了邊緣增厚的起源進展外，該團隊還測量到OB恆星盤的標高是0.14-0.5kpc，標長是1.17kpc，發現恆星盤的標高大小和氣體盤的標高大小類似或無顯著差異，以及南北盤邊緣增厚是對稱分佈的等一系列盤的性質。這些觀測結果意味著我們可以用年輕恆星來追蹤更多的氣體盤結構的動力學問題乃至塵埃盤的形成問題。目前結果已經直接證實氣體盤比恆星盤更加延展，間接給出了恆星盤和熱塵埃盤可能更類似，以及氣體盤和冷塵埃盤可能更類似的觀測證據。最後該團隊還發現銀河系盤的中平面位移（即銀河系的銀道平面Z0的大小）在不同位置大小不同，並發現該位移分佈體現出了疑似翹曲的訊號，但是該翹曲訊號的置信度和物理起源目前尚不清楚。
OB恆星和K型RGB紅巨星的邊緣增厚結構分佈圖，紅色和黑色五角形是OB恆星樣本，綠色三角形和正方形是紅巨星樣本，其他顏色代表不同恆星探針。可以看到綠色和黑色的OB樣本和紅色RGB樣本幾乎沒有差別，OB恆星的邊緣增厚強度甚至比RGB恆星更大一些。
近期，王海峰等人的初步數值模擬結果定性地顯示出銀河系自身的演化似乎對邊緣增厚沒有主要貢獻，而透過矮星系與銀河系的相互作用卻可以看到清晰的邊緣增厚訊號，這從另一個角度佐證了本篇論文中銀盤邊緣增厚起源問題的結論。至此，該國際研究團隊已經基於LAMOST和Gaia巡天資料系統完成了盤的“屋脊”起源、盤的邊緣增厚起源、盤的翹曲起源、盤的複雜空間結構與長期演化特徵、盤的邊界大小、盤的複雜非對稱性質的各類動力學機制的量化等成果。相信未來LAMOST 二期工程的升級一定能推進銀河系盤結構動力學與暗物質等前沿熱點問題的進一步研究，從而為我們取得突破性的科學成果帶來福音。
中國科學院國家天文臺、中國科學院重大科技基礎設施共享服務平臺對該研究進行報道。
排版/王夢凡
稽核/王平 馬倩茹
