首次呈现!球状星团形成演化的 3D 全景

一项发表于《天文学与天体物理学》的研究,标志着我们在对球状星团(通常由 100 万至 200 万颗恒星构成的球形且极为紧凑的恒星集合体)中多恒星族群的形成及动态演化的理解上,取得了重要的里程碑式进展。

这项开创性的研究由来自国家天体物理研究所(INAF)、博洛尼亚大学以及印第安纳大学的一组研究人员开展,这是首次针对我们星系中的 16 个球状星团的代表性样本,进行多恒星族群的 3D 运动学分析。

来自博洛尼亚 INAF 的研究员、该文章的主要作者兼工作组协调员埃马努埃莱·达莱桑德罗解释道:“了解球状星团形成和早期演化背后的物理过程,是过去 20 至 25 年中最引人入胜和饱受争议的天体物理学问题之一。

“我们研究的结果提供了第一个确凿的证据,表明球状星团是通过多次恒星形成事件形成的,并对星团在整个演化过程中遵循的动态路径施加了基本限制。这些结果是通过多诊断方法以及最先进的观测和动态模拟的结合而实现的。”

该研究强调,多个群体之间的运动学差异是理解这些古老结构的形成和演化机制的关键。

球状星团的年龄可达 12 - 130 亿年(因此可追溯到宇宙的黎明时期),是宇宙中最早形成的系统之一。它们代表了所有星系的典型群体。它们是紧凑的系统(质量达几十万太阳质量,大小为几秒差距),甚至在遥远的星系中也能观测到。

“它们具有重大的天体物理学意义,”达莱西andro 说道,“因为其年龄,它们不仅帮助我们测试宇宙形成的宇宙学模型,还为研究星系的形成、演化和化学富集提供了天然实验室。”尽管球状星团已经被研究了一个多世纪,但最近的观测结果表明,我们的知识在很大程度上仍然不完整。

“过去二十年来所取得的结果令人意外地显示,球状星团由不止一种恒星族群组成:一种是原始族群,其化学性质跟星系中的其他恒星类似;另一种则具有轻元素(如氦、氧、钠和氮)的异常化学丰度,”博洛尼亚大学物理与天文学系的研究员、意大利国家天体物理研究所(INAF)的成员马里奥·卡德拉诺(Mario Cadelano)说道,他是这项研究的作者之一。

“尽管有大量的观测和理论模型旨在描述这些族群,但调控其形成的机制仍未被弄明白。”

这项研究基于对 3D 速度的测量,即自行运动和径向速度的组合,这些数据是通过欧空局的盖亚望远镜以及来自诸如欧洲南方天文台的甚大望远镜等其他望远镜的数据获取的,主要是作为 MIKiS 调查(多仪器运动学调查)的一部分,这是一项专门旨在探索球状星团内部运动学的光谱调查。使用这些来自太空和地面的望远镜,为所选球状星团中恒星的速度分布提供了前所未有的三维视图。

分析表明,轻元素丰度不同的恒星具有不同的运动学特性,例如旋转速度和轨道分布。

“在这项工作里,我们对每个星团内的数千颗恒星的运动进行了详细分析,”博洛尼亚 INAF 的博士生亚历山德罗·德拉·克罗齐(Alessandro Della Croce)补充道。“很快便清楚了,属于不同群体的恒星具有不同的运动学特性:化学成分异常的恒星在星团内往往比其他恒星旋转得更快,并逐渐从中心区域扩散到外部区域。”

这些运动学差异的强度取决于球状星团的动力学年龄状况。“这些结果与恒星系统长期的动力学演化情况是一致的,其中化学丰度异常的恒星比标准恒星更集中在中心形成并且旋转得更快。

“这反过来表明,球状星团是经由多次恒星形成事件而形成的,并且为界定大质量恒星团形成及演化背后的物理过程和时间尺度提供了重要信息,”达莱桑德罗着重指出。

这种针对球状星团内恒星运动的全新 3D 视图,为这些迷人系统的形成和动态演变提供了前所未有的、令人着迷的框架。