研究人员通过计算机重构鲸鱼座星流的形成历史

天文学家在银河系的附近发现了很多由恒星组成的河流状结构，这些结构被称为星流。那么星流是如何形成的？    

近日，由国家天文台赵刚研究员和常江博士领导的研究团队通过一系列的高精度动力学数值模拟，在计算机中重构了之前利用LAMOST和SDSS数据发现的鲸鱼座星流的形成过程。并为鲸鱼座星流在被银河系吞食前的样子提供了一个简单的画像。    

“星流是银河系吞食卫星星系未完全消化的残渣”，论文的第一作者，国家天文台博士后常江介绍道，“但并不是说银河系一口就能吞下矮星系，而是通过潮汐作用将矮星系从外向内一层一层剥开，就像剥洋葱一样。这些被剥离的恒星在原来的轨道上被拉伸开来，就形成了河流状的结构，也就是星流”。    

银河系通过不断的吞食小质量的卫星星系来增长，科学家们称这种过程为星系并合。通过对银河系并合历史的研究，人们就可以知道银河系是如何形成和演化的。    

“我们的工作显示了银河系在50亿年的时间里慢慢剥开并吞食掉一个约两千万太阳质量的矮星系”，常江说道。 “这种吞食过程对银河系的增长非常重要，我们可以通过研究星流来确定银河系历史上是如何吃掉一个个卫星星系，并长成现在这个大质量星系的”。论文的共同通讯作者，国家天文台研究员赵刚则补充道。    

卫星星系通常不会被潮汐快速剥离，全部形成星流，而是通常会有一个比较致密的恒星组成的核结构剩余。之前的一些研究工作提出了球状星团NGC5824是和鲸鱼座星流成协的核结构的假设。这个工作通过详尽的数值模拟，排除了这个假设。    

“球状星团NGC 5824并不是鲸鱼座星流对应的恒星核结构，动力学结构对不上”，常江说，“但我们发现两者之间存在很强的相关性，NGC5824 应该是鲸鱼座星流前身星系中的球状星团。”    

星流的分布通常是全天的， LAMOST望远镜能观测鲸鱼座星流的北天，研究者们通过开展国际合作，对比数值模拟结果和暗能量巡天（DES）找到的星流，成功找到了鲸鱼座星流在南天的候选对应体——Palca星流。这为将来下一步的研究工作指明了方向。  

 “这个工作可以帮助人们更好地了解银河系的形成过程”，赵刚说，“银河系中有大量的类似鲸鱼座星流这样的并合遗迹，这是研究银河系结构和形成过程的宝库，同时也能帮助我们更好的理解宇宙中的星系是如何形成和演化的。”    

星流研究对恒星动力学参数测量精度和分布广度都有很高的要求，研究者们利用LAMOST数据，通过和其它巡天项目的数据交叉，获得了数百万颗恒星的6维运动学信息，以及金属丰度，有效温度等恒星大气参数，这些组成了星流寻找所必须的数据基础。“这项工作同时也显示了LAMOST望远镜对理解银河系的重要意义，是LAMOST巡天数据的重要科学应用。”  

图 1 观测到的鲸鱼座星流成员星（彩色符号）和数值模拟预测的鲸鱼座星流（灰色）对比。图中同时标识出了处于南天的Palca星流和球状星团NGC 5824。 

图 2 数值模拟中的鲸鱼座星流演化过程。  
论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/abc338