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心子|新知│银河系里的“波浪”来自哪里？研究人员有了最新发现

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银河系像一个大的圆盘 ， 其中心被称为银心 ， 地球位于银河系的一条旋臂之上 ， 从地球的视角背对银心的方向就是反银心方向 。
新京报快讯（采访人员 张璐）采访人员今天（5月9日）从中科院国家天文台获悉 ， 西华师范大学与国家天文台研究人员利用LAMOST（郭守敬望远镜）和Gaia卫星数据 ， 对反银心子结构包括麒麟座星环、三角座-仙女座星流和A13等起源开展研究 ， 发现它们并不是被银河系吸积的矮星系的遗迹 ， 而是银河系外盘的一部分 。 该结论结束了天文界长期以来关于反银心子结构起源的争议 。 该成果已在国际知名天文期刊《天体物理学报》上发表 。
研究还发现 ， 反银心的子结构可延伸到距离银河系中心9.78万光年处 ， 是经典银盘尺度的2倍 。 这也佐证了2018年国际团队利用LAMOST数据发现银河系尺寸比传统认知的大了一倍的结论 。
星波荡漾的“不安分”银河
反银心是银河系内和银心相反的区域 。 西华师范大学物理与空间科学学院副研究员李静说 ， 银河系像一个大的圆盘 ， 其中心被称为银心 ， 地球位于银河系的一条旋臂之上 ， 从地球的视角背对银心的方向就是反银心方向 。

心子|新知│银河系里的“波浪”来自哪里？研究人员有了最新发现
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20年前 ， 通过美国斯隆数字化巡天项目 ， 研究人员发现银河系的反银心方向有一些恒星密集区域 ， 早期被统一称为反银心子结构 。 这些子结构共同构成了反银心方向上独特的风景线 ， 它们交替出现在银盘的南北两侧 ， 勾勒出银盘近似波浪状起伏的优美姿态（图1） 。
截至目前 ， 天文学家在反银心方向上已发现的子结构包括北近结构、南中结构、麒麟座星环 ， A13和三角座－仙女座星流 ， 从内向外从3.9万光年到9.8万光年依次延展排列 。
这些子结构的发现让天文学家重新认识到银河不是传统认知的光滑扁平盘 ， 而是星波荡漾的“不安分”银河 。 但这些反银心子结构到底起源于哪里？天文学家对此一直存在争议 。
李静解释说 ， 理论模型认为 ， 广阔的银晕区域中恒星分布应该是平滑均匀的 ， 最初人们认为这些成团的子结构是银河系以外矮星系 ， 在银河系引力作用下被吸积进来的 。
近年来 ， 随着天文观测技术的发展 ， 科研人员对反银心部分子结构成员星光谱进行分析 ，认为这些子结构很可能起源于银盘 。
与银盘“亲子鉴定”
此次LAMOST和Gaia是如何发挥作用的？李静表示 ， 团队利用LAMOST在银河系反银心观测的大样本数据优势 ， 从LAMOST数据里的K型和M型巨星样本中认证出589颗同时包含麒麟座星环、三角座－仙女座星流和A13结构的成员星 ， 这是目前最大的反银心子结构成员星样本 。
“这是我们工作的一大突破 ， 之前发现的成员星都是二三十颗的量级 ， 而我们发现的样本接近600颗星 。 ”她解释说 ， K型和M型巨星的特点是很亮 ， 使科研人员能探测到距离更远的区域 。
李静进一步解释说 ， 研究人员从三个方面对反银心子结构成员星进行了研究——即化学元素丰度、运动学以及能量角动量特征 。 Gaia卫星可以高精度测量恒星位置的变化 ， 结合LAMOST获得的视向速度参数 ， 可以还原恒星在空间的三维运动速度 。
传统研究认为 ， 银河系盘具有薄盘和厚盘两个组成部分（图2） 。 挑出反银心子结构成员星后 ， 科研人员将它们与银盘恒星进行“亲子鉴定” ， 惊喜地发现 ， 这些成员星与银盘近圆形运动轨道相似 ， 金属丰度与厚盘星相似 ， 能量角动量与薄盘近似 ， 这些特征都表明这些子结构成员星可能来自于银盘 。
进一步验证后 ， 研究者发现 ， 这些子结构成员星的a元素丰度明显低于厚盘 。 这是因为相对于内盘（薄盘和厚盘都属于内盘） ， 银河系外盘（相对于传统的薄盘和厚盘区域 ， 更靠外的盘区域）目前还存在很多冷气体 ， 分子云密度低于内盘 ， 历史上平均的恒星形成效率低 ， 化学元素的丰度增加不充分 ， 所以a元素丰度比厚盘低 。 因此 ， 天文学家推测 ， 这些反银心子结构起源于银河系外盘 。
银盘大小增加一倍再添新证
此次的研究还支持了另外一个结论——银河系已经从“二环”扩展到“五环” 。
此次研究的子结构分布于距离银河系中心3.9万光年到9.78万光年的范围 ， 这也论证了离银心9.78万光年处仍然存在外盘成分 。 “研究结论佐证了银盘的半径至少有9.78万光年 ， 是最早人们认识的银盘尺度的两倍 。 ”李静说 ， 2018年 ， 国家天文台研究员刘超领导国际研究团队基于LAMOST数据得出成果——银河系从“二环”扩建到“五环” ， 此次研究的结论也与之相吻合 。
新京报采访人员 张璐
【心子|新知│银河系里的“波浪”来自哪里？研究人员有了最新发现】编辑 罗晓静 校对 赵琳

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