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【中国科普博览】疏散星团NGC2355中隐藏的变星家族是如何被发现的?
2022-11-09 19:10:00| 【 【打印】【关闭】
    仰望夜空,群星璀璨。形形色色的恒星,由于质量、大小、光度、年龄不尽相同,堪称几代同堂。恒星的亮度发生变化,称为变星。它不仅令古往今来无数文人墨客魂牵梦绕,由于种类繁多并覆盖恒星演化的各个阶段,更是一代代天文人观测研究的重点领域。
     
  (图片来源:新疆天文台提供)

一、有来头的疏散星团

  天空中最有名的昴宿星团,也被称为七姐妹或M45,位于大约400光年外的金牛座。一个广为流传的、带有现代色彩的传说是,自从这个星团被命名以来,其中一颗较亮的恒星就逐渐消失了,只剩下六颗姐妹星可以用肉眼看到。然而,实际可见的昴宿星团数量可能多于或少于七颗,这取决于周围天空的黑暗程度和观察者的视力清晰度。

   

  (图片来源:veer图库)

  银河系内绝大多数恒星都是在星团中形成,除了昴宿星团,银河系中还有很多类似的 “疏散星团”,从它的名字就可以获知是成团的恒星系统。疏散星团内部恒星是同一分子云后代,受到引力束缚,它们具有类似的年龄、化学丰度、距离等参数,因此疏散星团是研究恒星形成和演化的理想场所。同时,银河系疏散星团主要分布在恒星形成较活跃的银盘附近,具有较宽的年龄和化学丰度跨度,其丰度及运动学信息记载了银盘的化学和动力学演化的历史,因此疏散星团也成为银盘结构与演化研究的重要媒介。

   

  (图片来源:veer图库)

  疏散星团比较年轻,大多数成员星都处于主序阶段,其中包含了种类丰富的变星。年轻的疏散星团是研究恒星演化的重要途径,而变星正是研究恒星基本物理参量的重要天体,是寻找宇宙中特殊天体的“探针”以及各种爆发天体(新星、亮红新星、Ia型超新星)的重要来源。对变星的研究可以提供大量恒星参数等信息,如质量、半径、亮度、温度、内部和外部结构等,这些信息成为天文学家对恒星进行“身份识别”和“寻根问祖”的可靠依据。

   

  (图片来源:veer图库)

二、小而精的观天收获

  人类对宇宙的探索永无止境,借助日益进步的技术和设备,在无数个不眠的观测之夜,以及繁琐的数据处理分析中 ,科研人员通过深入研究与恒星特性相关的理论模型,努力揭示星空奥秘。

  南山站1米大视场光学望远镜(NOWT)是国内1米级望远镜中视场最大的观测设备,于2013年建造、2014年通过验收,该望远镜是地平式、主焦点反射式望远镜系统。NOWT具有1.3度大视场、高指向精度、高跟踪精度、较快的旋转速度和加速度等优势,结合CCD成像终端的高灵敏度和最大转速12°/s的高速随动圆顶,可较好地开展巡天观测研究课题。NOWT位于中国科学院新疆天文台南山观测站,可谓是锦上添花。这里常年气候干燥,冬季雨雪天数远小于晴天天数。经统计测试,其夜间天光平均为 21.5 等,视宁度约为 1.6角秒,净空环境优越。冬天一夜可连续观测14小时,非常有利于长期进行天文测光观测。

   

  南山1米光学望远镜(图片来源:新疆天文台提供)

  疏散星团NGC2355位于作为最受欢迎的双子座中,双子座由古代天文学家Claudius Ptolemy在2世纪首次绘制,现在仍然是国际天文学联盟定义的88个现代星座之一,因此得到科研人员的广泛关注。中国科学院新疆天文台的科研人员利用NOWT对NGC2355附近天区进行多波段测光观测以及单一波段的长时间测光监测,获得观测天区内恒星的光变曲线,并在该天区中结合光变曲线搜寻变星,根据恒星的光变曲线,给出变星的类型。最终在该天区中探测到88颗变星,其中72颗属于新发现的变星,是目前我们所观测星团天区中所发现变星较多的星团之一。对这些变星进行分析研究,不仅可以探索这些变星的形成和演化环境,还可以利用变星特性反过来验证星团的一些信息。

  受到大气尘埃的吸收和散射,人们观测的恒星光度并不是它本身的亮度。我们还结合NOWT观测的多色测光数据拟合双色图,准确的获得该星团的色余值E(B-V)=0.24。除此之外,进一步通过欧洲航天局发射的盖亚卫星(GAIA)巡天数据,对变星和已证认星团成员及的空间分布、自行空间分布、视差以及运动学方面进行了分析,发现在所找到的非成员星变星中,还有4颗可能是疏散星团NGC2355被遗漏的成员星变星候选体。相关成果已发表在《天文学期刊》(2022,AJ,164,40)。

  观测数据的采集过程,包含着无数个不眠的观测之夜及繁琐的数据处理分析。科研人员每天根据目标源、天气及望远镜状态等条件,不断优化观测策略确保实测获得的高数据质量。科学探索之路并非一帆风顺,科研人员在夜观测过程中要冷静处理随时遇到的各种不利状况,有时碰到多云天气,这时候数据采集与晴天夜有很大的差异,观测人员需要及时根据图像质量更改曝光时间,这样才能使得不同观测条件下获得同样效果的观测数据;如果一个晚上获得的连续观测数据较少,这个晚上的数据就不能用,需要不断提高对数据的预判和分析能力,为接下来几天观测做足准备。

  每一次的数据分析和处理过程是耐心和毅力的挑战,这不仅是对实测数据不断加工和提炼的过程,更是科研人员凝练疏散星团时域观测创新点的重要时刻。

   

  双子座中的星团分布(图片来源:https://in-the-sky.org)

  

  观测天区所发现的部分变星光变曲线。(图片来源:作者提供)

   

  NGC2355成员星以及变星在五维空间的分布及运动情况(图片来源:作者提供)

  近四年的积累与磨练,我们收获了成果与喜悦。但平静后,前路依旧漫漫。下一步,我们将继续开展对北天球部分疏散星团的色余值相关测量,获取更准确的疏散星团参数,更好地了解恒星演变过程。期待后续研究成果陆续出炉,我们的征途是星辰大海!

作者:张余、蒋晨峰

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