银河系棒结构远端大质量星团的确认

(似乎已经在这里唠叨过好几次了,最近陷入了必须开始写论文和非常不想写论文的深刻纠结当中,不过每天看文章,抽空写Astroleaks还是要保持的,只不过可能大家也注意到了,最近介绍的几乎全都是和星系有关的文章,没办法,时间紧张的情况下,只有自己的本行写起来最顺手,不需要花很多时间看背景;不过这是不应该的,于是今天就给大家介绍一篇银河系内的研究文章吧,介绍他有两个理由,第一,文章直观,易懂,第二,对这种配图绚丽的发现型文章没有抵抗能力)

文章: A newly-discovered young massive star cluster at the end of the Galactic Bar

  • 作者:Ben Davies (Cambridge, Leeds), Diego de la Fuente (Madrid), Francisco Najarro (Madrid), Jim A. Hinton (Leicester), Christine Trombley (RIT), Donald F. Figer (RIT), Elena Puga (ESA)
  • 论文索引:astro-ph/1110.2630
  • 编辑整理:南京大学 黄崧

文章背景:

大质量年轻星团,YMC,按照文中的定义,是那些年龄小于5000万年,质量大于1万个太阳质量的非常有个性的新团,这些星团给我的印象很像是鸟类中再别人巢中长大的小杜鹃,一边自己快速的成长,一边把自己同巢的家伙都干掉。。。这些大质量星团都位于恒星形成区中,其中富含年轻的大质量恒星,这些恒星的辐射,星风,各种反馈逐渐的把形成其的致密分子环境“破坏”干净;当然,这么刺激的地方往往也是最有意思的地方,无论是对于研究恒星形成,星团动力学演化,大质量恒星演化,反馈,和星际介质的相互作用,还是在这些明亮的家伙作为银河系中的灯塔帮助我们理解银河系盘面上的各种结构上,YMC都是非常独到的工具

但很不幸的是,有一种叫做“之缘身在此山中”的状态困扰着银河系中年轻星团的研究:站在地球上向银河系盘面方向看去,不到1Kpc的距离上,星际消光带来的迷雾已经让光学波段的研究大打折扣,举步维艰,好在William Hershcel同学不光发现了天王星,还把可爱的红外辐射介绍给了天文学家,多年的发展后,近红外波段的观测让我们看到了一个完全不一样的银河,也让之前雾霭重重的区域一下子变得亮堂起来,可能最好的例子就是我们银河系中心的研究,其附近3个大质量星团的发现都是不可能离开红外观测的,而且,除了银心这样万众瞩目的区域,凭借着一系列的大视场银道面红外巡天,包括开创性的2MASS,革命性的Spitzer,和正在进行的VVV巡天,天文学家凭借双眼和自动算法,已经把1000多个星团的候选带给了我们,当然也把沉重的后续确认工作留给了后面的天文学家,这其中,成员星的确认,星团物理性质,尤其是星族性质中的年龄,质量,星团的消光,运动学,距离,是尤为重要的信息。

在这漫长的列表中,有那么一些星团格外的诱人,他们透过了极其沉重的迷雾,穿过了大半个银河系的尺度,召唤着天文学家,想象一下,如果哥伦布能够隔着大洋看到新大陆的灯火,肯定会激动的划着洗澡盆就下水了吧;同样,这些位于银河系远端的恒星结构的探索,对我们了解银河系结构和银盘上的恒星形成活动都是非常宝贵的信息,本文要介绍的,就是这样的一个星团,Mc81,的确认工作。


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图一:MSX 8微米和Spitzer 8微米对Mc81附近天区的观测结果,图中标出了候选星团的位置,附近各种有趣的天体,包括介绍的SNR和HESS源的位置,右图中叠加了NICMOS观测的目标天区

关于Mc81:

Mc81来自于Spitzer的GLIMPSE银道面巡天的星团自动搜索算法,简单的说,就是在图像上寻找,空间上聚集度高,测光性质上又比较相近的一群恒星,这样的算法肯定会产生很多虚假的探测,不过Mc81却格外的有希望,因为它不仅位于一个HII区的中心,还与用不同波段数据在周围探测到的热尘埃结构有很好的空间对应,甚至周围还有一个已知的超新星遗迹在勾引着你,如果这还不够的话,超新星的遗迹中心还有一个高能TeV Gamma射线源:HESS J1640-465,这样的稀有天体往往被认为和Pulsar的脉冲星风云有关,更进一步的指出这里有恒星形成活动在很有效率的进行,而且有好几个已知的大质量年轻星团中心都有这样的招摇的天体;好了,不用多说了,这个东西一定要把他搞清楚才行,本文就是天文学家调集了各种“火力“的观测结果,完整的从各个角度肯定了这个大质量星团的存在,下面就主要结合图,来介绍一下本文的主要工作和结论吧。

本文工作:

对待这样的天体,必须要双管齐下用猛药才行,于是测光的工作交给了HST上面的NICMOS近红外照相机,在J,H,K三个波段进行,而近红外光谱的观测则交给了地面上的大家伙:VLT上面的ISAAC光谱仪,结果证明他们都很好的完成了任务。


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图二:左图为NICMOS K波段对星团区域的成像结果,右图为NICMOS上F187N-F190N窄带波段的较差图像,很好的凸显出了有发射线特征的恒星。

先来看看HST的成像结果,首先,上下两幅图直观的展示了观测结果,尤其是利用NICMOS窄带较差图像得到的发射线(Pachen \alpha线)恒星候选,这些星很可能是有强烈星风,或者和周围介质相互作用的大质量年轻恒星;当然,直勾勾的瞪着这些图是没有用的,如图四所示,利用HST NICMOS多波段数据构建的颜色-星等图上,结合恒星演化模型,并利用观测中单独进行的控制星场的观测,可以很好的把前景污染恒星“过滤”掉,(这其中就包括了图三中最明亮的那几颗恒星),最终得到了一个包含着不少被作者称为“Pachen \alpha emitter”的发射线恒星的Mc81成员样本。


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图三:NICMOS J-H-K三色合成图,不要被绚烂的外表所迷惑,图中看上去比较绿色的都是前景恒星,只有哪些看上去是橘黄色甚至红色的恒星才是可能的成员星。


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图四:左图为星团附近15角秒内恒星NICMOS颜色星等图和控制星场内的对比,中图展示了同一个区域内的窄带颜色分布,确认出了一些很显著的Pachen \alpha发射恒星,右图为利用控制星场消除了前景污染的星团成员星样本

再来看看光谱观测的结果,下图展示了ISSAC获得的Mc81中最亮的两颗恒星的光谱观测结果,其中Mc81-1中可以看到H元素的Brackett线系的吸收线,和很微弱的MgII发射,说明这是一颗晚型B或者早型A光谱型超巨星;与之相比,Mc81-3则嚣张的多,显著的He发射宽线直白的告诉你,“爷是一颗Wolf-Rayet星”,这也间接的证明了Mc81作为一个年轻大质量星团的身份。


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图五:Mc81中两个最亮恒星的光谱,其中2.05微米处的特征来自光谱数据的问题,不是实际特征

利用得到的星团颜色星等图,作者尝试计算了观测到的星团图像经历的消光,得到的结果是非常彪悍的A_v = 45\pm15 Mag;除了消光,利用星团周围的气体的运动学,通过结合银河系的旋转估计,可以粗略的得到星团的距离,值得注意的是,这样的运动学方法会产生一近一远两个解,究竟哪个更合适需要其他的证据,在本文中,利用了南银道面的HI巡天,通过和HII区速度结构对应的HI成分的吸收分析,作者得出了这个星团位于离我们很远的11Kpc的结论,这意味着,这是一个几乎隔着半个银河系和我们相望的星团,具体的图像可以参考下图:


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图六:银河系盘面上已知星团估计位置的俯视图,其中用颜色表明了星团的消光,图中黄色的圆圈指示了太阳所在的位置,本文观测的Mc81与我们隔着银河系相望

结合各种观测结论,当然,主要还是颜色星等图和恒星模型,作者对星团的大小,年龄和质量进行了估计,得到的大致结论是星团的直径在1.5-2pc之间,星团年龄应该小于500万年,总恒星质量应该在几万太阳质量左右;最后,作者还结合银河系盘上其他已知的YMC和Mc81与HESS TeV Gamma源相关的现象进行了讨论,这部分留给感兴趣的同学自己享受吧。

  • 1. 本文中提到的ESO VISTA望远镜的VVV巡天
  • 2. 2010年的ARA&A上刚好有一篇介绍年轻大质量星团的综述文章,介绍给感兴趣的同学吧
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    6 Replies to “银河系棒结构远端大质量星团的确认”

    1. songquan

      Firefox 3.6.23 Fedora  14

      “结合恒星演化模型,并利用观测中单独进行的控制星场的观测,可以很好的把前景污染恒星’过滤’掉”是怎样一个过程呢。。。。控制星场是什么意思

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