這個星座的流星，有「畫像」了

人馬座星流的示意圖 圖片來源：UCLA

■記者 沈春蕾

當一顆恆星度過它漫長的青壯年期步入老年期時，它首先變為一顆紅巨星。M巨星位於紅巨星的頂端，外部由一個巨大的氫包層構成，半徑甚至可以達到一個天文單位（約215太陽半徑），巨大的半徑使得它們具有很高的光度，即使在很遠的距離也很容易被探測到。所以，M巨星是科研人員研究銀河系外暈性質和結構的強有力工具。

來自中國科學院天文大科學研究中心和美國倫斯勒理工學院的聯合科研團隊，合作利用LAMOST DR4數據（郭守敬望遠鏡發布的第四批數據）中探測到的M巨星，結合Gaia DR2（歐空局蓋亞空間天體測量衛星項目發布的第二批科學數據）提供的自行運動速度，在距太陽100kpc（1kpc=3260光年）遠的空間，追蹤到人馬座星流，並第一次描繪出人馬座星流精確的三維空間軌道分布。

該項研究成果近日發表在國際天文期刊《天體物理學報》上。

篩選約4萬M巨星樣本

論文第一作者、中科院天文大科學研究中心特聘青年研究員、上海天文台在職博士後李靜在博士研究生階段就開始致力於M巨星和銀河系子結構的研究。她告訴《中國科學報》：「M巨星是非常好的探測銀河系暈結構樣本，在過去的研究中，大樣本的M巨星基本都是測光樣本，換句話說只知道M巨星的位置和距離信息。」

LAMOST數據發布以後，李靜和上海天文台副研究員鍾靖一直致力於在LAMOST數據中組建大樣本的M巨星樣本。「從LAMOST數據第1次釋放到第5次釋放，我們總共篩選了4萬左右的M巨星樣本。這是目前全世界最大的M巨星光譜樣本，不僅有利於M巨星光譜庫的研究，同時也提供了銀河繫結構研究樣本。」

2016年，李靜通過DR1樣本中挑選的M巨星和M矮星，第一次提出了利用紅外和近紅外顏色的辦法從測光樣本中挑選M巨星，提高了M巨星測光樣本挑選的完備性，也降低了樣本的污染率。此外， 李靜等人利用這些M巨星樣本對人馬座星流進行了研究，並且第一次在能量角動量空間對該星流進行了分析，展示了星流導臂和曳臂能量角動量的差異。

然而，首次的創新並不是一下子就做出來的。李靜回憶道：「每個階段我們都遇到了不同的問題。在2015、2016年，我們遇到的最大問題是如何將M巨星和矮星區分開來。由於對M巨星光譜的研究文獻比較少，我們能夠參考的資料也偏少。在研究早期，我們花了較多的時間，通過各種嘗試後發現結合譜線特徵，加上紅外和近紅外顏色的方法可以很好地將M巨星和矮星區別開來。」

李靜感謝為這項研究提供支持的相關研究人員。中國科學院國家天文台研究員劉超作為李靜的博士後導師，是該課題的提出者，起到關鍵推動作用；國家天文台研究員薛香香協助計算了人馬座星流的三維軌道參數以及動力學討論；美國倫斯勒理工學院博士Jake Weiss作為人馬座星流方面的專家，在研究過程中提了很多寶貴建議。

搜尋人馬座星流成員星

李靜指出：「我們之所以可以實現首次精確測量，得益於LAMOST提供的海量光譜數據。大量的人馬座星流成員星不僅有空間位置信息，還有視向速度信息，Gaia DR2 精確的自行運動數據，也為我們提供了完美的計算三維空間速度的條件。」

人馬座星流是人馬座矮星系受到銀河系強大的潮汐作用力瓦解而留下的痕迹。由於這次潮汐瓦解事件是最近幾十億年剛剛發生的，因此它的結構在空間中異常顯著，就像一條炫舞九天的赤焰飛龍，由南向北跨過整個銀河系。

此前，也有一些科研團隊開展過人馬座星流研究，研究大致可分為兩類：一類是用測光樣本，探尋人馬座星流的成員星，比較著名的工作包括2003年美國弗吉尼亞大學教授Majewski團隊開展的工作，他們從2MASS（近紅外測光巡天項目）巡天樣本中，第一次勾勒出了全天人馬座星流的分布，並且做了一些跟蹤的高解析度光譜成員星觀測；一類是美國倫斯勒理工學院教授Newberg帶領的團隊和英國劍橋大學教授Belokurov團隊利用SDSS（斯隆數字化巡天項目）繼續探尋人馬座星流。

「然而，由於缺少速度信息，我們並不知道人馬座星流在空間的軌道走勢。這期間，有各種模型試圖模擬出人馬座星流的軌道分布，但是都不能真實還原該星流的軌道分布。」李靜說。

目前，李靜等人對於人馬座星流開展的新研究是，在更多的恆星樣本中搜尋人馬座星流成員星，特別是LAMOST 數據中的K巨星。「我們探尋到的成員星樣本已經超過了3000顆，是目前最大的成員星樣本。」李靜等人通過這個樣本繼續深入研究該星流的化學丰度分布，包括金屬丰度和其他元素丰度，這些信息將有利於進一步探尋和了解人馬座星流的前身天體——人馬座矮星系。

李靜介紹了下一步工作，「我們還將利用這些真實觀測到的成員星樣本來限制人馬座星流的模型，從而更加準確地估計銀河系引力勢的大小，更加真實地還原銀河系和矮星系的吸積併合歷史。」

相關論文信息：DOI：10.3847/1538-4357/ab09ef

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