移動星羣——宇宙過客揭示銀河系動力學演化歷史_風聞

移動星羣沒有星團的凝聚力，也沒有星流的宏偉壯觀，可能只是宇宙中短暫的過客，但是它的存在可以揭示銀河系動力學演化歷史。

顧名思義，移動星羣是具有相似運動的一羣恆星。雖然一起運動，但是它們在空間位置可能並不相鄰。早在1869年天文學家就在太陽鄰近區域發現了兩個明顯的移動星羣，然而移動星羣概念是在20世紀60年代由美國天文學家艾根(Olin J. Eggen)提出的。

艾根發現了一些空間位置彌散的恆星具有相似運動，而且運動速度和一些星團很接近，於是他們就主觀的認為這些恆星是從星團“逃”出來的。他們稱這些恆星為移動星羣，並且依據和他們速度相近的星團或者恆星的名字命名。比如著名的Hyades移動星羣、Sirius移動星羣、大角星羣等等。

圖1. Hyades星團  （圖源：使用Gaia Sky創建，ESA / GAIA / DPAC ， CC BY - SA 3.0 ）

自那以後，天文學家們對移動星羣產生了濃厚的興趣。20世紀90年代中期，歐洲航天局的依巴谷衞星發佈了高精度的天體測量數據，移動星羣的研究進入了一個新時代，陸續發現了一大批新的移動星羣候選體。

2009年，國家天文台趙景昆等人利用14000多顆矮星和6000多顆巨星組成的樣本，發現了22個移動星羣候選體，在當時被評價為最完備的移動星羣樣本（AN，334，756）。

隨着研究的深入，天文學家越來越質疑艾根的觀點，他們發現絕大部分移動星羣和星團並沒有本質的關聯。組成移動星羣的成員星的年齡以及金屬丰度並不一致，彌散遠遠大於測量誤差，不是誕生於同一分子云。

後來經過不斷的探索，一些移動星羣被證實和銀河系中心棒以及旋臂有關，中心棒的共振以及銀河系的旋臂會促使一些恆星聚集，從而形成移動星羣，相應的動力學模擬工作也逐漸開展起來。

隨着SDSS、RAVE、LAMOST以及Gaia巡天數據的釋放，移動星羣的研究取得了更大的進展，更多的移動星羣被發現，並且將其研究從太陽近鄰擴展到更遠的地方。

圖2：LAMOST望遠鏡和歐洲空間局的Gaia衞星（圖源：LAMOST運行和發展中心）。

特別是利用Gaia的數據提供精確的天測數據，在太陽近鄰發現絕大部分的移動星羣位於一些較大弧狀結構之上（圖3），是這些弧狀結構的重要組成部分。

圖3. 太陽近鄰的移動星羣分佈，加號表示發現的移動星羣，帶圓的加號表示可信度高的移動星羣 （圖源：A&A, 619, A72）

移動星羣的表象是很一致的，就是一羣一起運動的恆星，但是導致它們一起運動的機制是錯綜複雜的。它們的產生機制主要有三種，第一種是銀河系中心棒以及旋臂的非軸對稱引力勢導致的，第二種是併合事件擾動導致的相空間混合會促使一些恆星一起運動，最後一種就是潮汐流經過演化後恆星仍然保持相似的運動，這些移動星羣可能是星團或者矮星系潮汐流的一部分。

目前很多移動星羣的形成機制仍然存在爭議。達成共識的有Hercules這個移動星羣，被認為是銀河系中心棒的外林德布拉德共振導致的。另外幾個著名的Sirius、Hyades、Pleiades、Wolf 630、γLeo等移動星羣可能是第一、第二種機制共同作用導致的。為了還原它們的形成，需要更加精細可靠的數值模擬。

厚盤的移動星羣主要有兩個，AF06和大角星羣，這兩個剛發現的時候根據他們的運動學信息認為是被銀河系吸積矮星系的殘骸，後來經過對他們年齡以及化學丰度分析，證實了它們的成員星是銀河系本地產生的。銀暈中的移動星羣有的來自於矮星系的吸積遺蹟，也有的是併合事件的擾動產生的，可以通過化學丰度以及軌道模擬來追溯它們的起源。

圖4. LAMOST郭守敬望遠鏡  （圖源：孔嘯）

我國自主創新研製的國家重大科技基礎設施、目前世界上光譜獲取率最高的LAMOST已經發布了千萬量級的天體光譜。

從LAMOST DR1到DR5，趙景昆等人發現了一系列的新的移動星羣：

利用DR1和DR2數據在暈中發現了7個新的移動星羣;

利用LAMOST DR3和Gaia  DR1的TGAS數據，在銀盤發現了4個新的移動星羣，這4個後來均被Gaia DR2數據進行了證實；

利用Gaia DR5數據，在本地旋臂發現了一個新的移動星羣，提供了旋臂密度波驅使恆星聚集的證據。

對於新發現的LAMOST-N1移動星羣，他們利用SUBARU望遠鏡進行了後繼觀測，得到了6顆成員星的11種化學元素的丰度，分析了它們的丰度模式。發現這個星流成員星的[α/Fe]比相同金屬丰度的銀河系場星平均低0.1dex（圖5左）, 和Nissen 的低α暈星（圖5中的紫色稜形，被認為來自於銀河系對矮星系的吸積）分佈較一致。

圖5. [α/Fe]和[Ba/Y]丰度模式。紅色矩形框表示LAMOST-N1的成員星，小黑點表示銀河系的場星，三角代表矮星系的成員星，綠色稜形表示Nissen厚盤星族，藍色稜形表示Nissen高α暈族恆星，紫色稜形表示Nissen低α暈族恆星 （圖源：ApJ, 868, 105 ）

中子俘獲元素[Ba/Y]比銀河系場星高0.2dex（圖5右），鐵族元素Cr丰度比銀河系場星偏低約0.15dex，這些觀測結果表明LAMOST-N1的化學屬性和銀河系有明顯的不同，可能來自於來外部系統。

由於LAMOST-N1的丰度模式和目前已知的典型的矮星系的丰度模式也不完全一致，它的前身可能來自於一個較大的矮星系或者較早被吸積的矮星系。

移動星羣的研究雖然取得了較大進展，但是仍然存在一些懸而未決的問題，高精度的模擬和精確的化學丰度可以幫助我們更好的理解它們的形成以及演化。

作者 · 簡介 

趙景昆，國家天文台研究員，從事銀河系結構與化學演化方面的研究。

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輪值主編：羅阿理

責編：萬昊宜、袁鳳芳

編輯：蔡　琳、柒　柒