疏散星团NGC2355中隐藏的变星家族是如何被发现的?
发布时间:2022-10-17
出品:科普中国
作者:张余 蒋晨峰(中国科学院新疆天文台)
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  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,无数个不眠的观测之夜,以及繁琐的数据处理分析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NOWTNGC2355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》(2022AJ16440)。 

   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!

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