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銀河系 從太陽出發，一路看盡反銀心方向的“結構花”( 二 )


2015年，國家天文臺徐巖等人通過利用SDSS數據進一步研究，發現了兩個著名的新結構，分別為距離銀心3.3萬光年的北近結構和距離銀心3.9-4.5萬光年的南中結構。證實了反銀心區域恒星南北不對稱的分布特點，同時還大膽猜測這些子結構都是銀盤波浪起伏的不同凹凸部分。
銀河系 從太陽出發，一路看盡反銀心方向的“結構花”
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圖3. 銀河系盤具有“波浪”一樣的起伏特點（圖源：海蒂·紐伯格）
至此，天文學家由太陽出發，向著反銀心方向，沿途發現的“結構花”包括北近結構、南中結構、麒麟座星環、A13結構和三角座－仙女座星流，從3.9萬光年到9.8萬光年依次延展排列，構成了反銀心方向上獨特的風景線。不僅如此，這些恒星子結構還交替出現在銀盤的南北兩側，勾勒出銀盤波浪狀起伏的優美姿態。
2017年，美國費米國家加速器實驗室Li Ting S.等人對反銀心子結構A13進行了更深入地研究，推測該結構可能也是盤波浪狀起伏的一部分。
銀河系 從太陽出發，一路看盡反銀心方向的“結構花”
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圖4. Li Ting S.等人2017年推測的盤“波浪”模型（圖源：Li Ting S.）
“結構花”的發源地
這些子結構的出現讓天文學家重新認識了我們的銀河，不是傳統認知的光滑扁平盤，而是星波蕩漾的不安分銀河。但這些反銀心子結構到底來自何方？天文學家對此莫衷一是。
直到2021年，李靜和薛香香等人利用LAMOST在銀河系反銀心觀測到的大樣本恒星光譜，結合Gaia的高精度自行，將反銀心子結構的起源問題研究推上了一個新的高度，結束了十幾年來天文界對反銀心子結構起源問題的爭議，揭開了銀河系恒星“結構花”的身世之謎。
銀河系 從太陽出發，一路看盡反銀心方向的“結構花”
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圖5. 銀河系下的郭守敬望遠鏡LAMOST（拍攝：張超）
李靜和薛香香等人從LAMOST數據中挑選了大量的紅巨星。這類恒星非常明亮，即使離我們很遠也能被觀測到，所以紅巨星是天文學家研究銀河系暈和外盤的強有力探針。利用這個樣本，李靜等人在距離銀河系中心3.9萬光年到9.8萬光年范圍內分別找到了兩個位于反銀心附近的恒星小團隊（共589顆紅巨星），其中一個位于銀盤的上面，另一個位于銀盤的下面。
天文學家手握這樣的“結構花”，并未止步于欣賞它們呈現的美，更期待挖掘它們背后的故事。這些恒星來自哪里？是否包含了之前已有子結構的成員星？是何種魅力讓這些恒星惺惺相惜，聚集在一起？帶著這樣的問題，李靜和薛香香等人繼續從恒星的細節入手，獲取這些恒星的位置、速度、化學元素的含量（金屬豐度和a元素豐度）等信息，這些信息成為天文學家對恒星進行“身份識別”和“尋根問祖”的可靠依據。
與之前在反銀心區域發現的子結構進行位置對比，李靜和薛香香等人發現，她們找到的兩個恒星小團隊覆蓋麒麟座星環、A13和三角座-仙女座星云三個已知子結構，構成了目前最大、覆蓋最廣、擁有三維運動和化學信息的反銀心子結構成員星樣本。困擾了天文學家10余年的反銀心結構起源問題終被揭曉。
銀河系盤結構與其它旋渦星系一樣被認為具有薄盤和厚盤兩個組成部分（如下圖所示）。為了證實已確認的反銀心子結構成員星的出身，李靜和薛香香等人再次進行身份匹配，將這些已確認的反銀心子結構成員星的化學元素含量、運動特征以及能量角動量分布與銀盤進行“親子鑒定”，驚喜地發現，這些成員星與銀盤擁有相似的近圓運動軌道，金屬豐度與厚盤星相似。
銀河系 從太陽出發，一路看盡反銀心方向的“結構花”
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圖6. 銀河系結構示意圖（圖源：網絡）
通過進一步驗證，她們還發現這些子結構成員星的a元素豐度明顯低于厚盤，這是由于目前外盤依然存在很多冷氣體，相對于內盤，分子云密度低，歷史上平均的恒星形成效率低，化學元素的金屬豐度增加的不充分，因此a元素豐度比厚盤星要低。綜合運動特征和化學DNA鑒定，李靜和薛香香等人推斷這些子結構成員星應該屬于低a豐度貧金屬外盤星，意味著這些反銀心子結構起源于銀盤。這些成員星分布于距離銀河系中心3.9萬光年到9.8萬光年的范圍，這也說明離銀心9.8萬光年處仍然存在外盤成分。
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圖7. 子結構星群在銀道坐標系下的分布（圖源：李靜）
這一研究成果證明銀盤的半徑至少有9.8萬光年，是人們認識的經典盤尺度的兩倍，這與2018年劉超研究員等人的國際團隊研究成果——銀河系從“二環”擴建到“五環”的結論是吻合的。同時證明了研究人員認為麒麟座星環，A13，三角座-仙女座星云是銀河系外盤一部分的觀點是正確的，且在外盤區域，銀盤的這種波浪形起伏特征更加地平緩延展。

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