银河系考古帮手 神秘的银晕有啥稀奇？

最近小天听说国家天文台的博士后田浩与研究员刘超等人利用LAMOST DR5中选取的K巨星精确测量到了太阳邻域银晕的旋转速度。旋转速度均值为+27km/s，与银盘的旋转方向一致，速度弥散为72km/s。

图1.左图为K型巨星样本的旋转速度分布，右图显示了通过对不同金属丰度范围的K巨星所揭示的银晕（红色）旋转速度分布。

看见上面这段文字和图片，小天内心感到不明觉厉！但随后，又有了一大堆疑问，银晕到底是啥？测量它的旋转速度有什么意义？为此特地跑去采访了刘超研究员和田浩博士，来和我们一起揭秘那些年科学家们一直追寻的银晕吧~

Q：什么是银晕？它由什么组成？

刘超：银河系作为一个包含着上千亿颗恒星的盘星系，其中绝大多数恒星和星际物质会落在银盘上，但仍有约1%的恒星和星际物质会稀疏分布在银盘周围一个近似于球形的空间内，银晕指的就是这一区域。

图2. 银晕示意图 来源：NASA

银晕由恒星晕和暗物质晕组成，当有非常少的恒星弥散地分布在这个包裹着星系盘的近似球型的空间内时，就形成了恒星晕。而我们知道，宇宙中有大量的暗物质，银河系也不例外。银河系的质量是太阳质量的约1.5万亿倍，其中包含着很多的暗物质，这些暗物质包裹着绝大多数星系，构成了暗物质晕，暗物质晕分布在比恒星晕更大的一个近似于球型的空间内。在暗物质晕的内部和周围，还可能有一些较小尺寸的暗物质团块，称为暗物质子晕。

Q：为什么银晕会旋转呢？

田浩：20多年前，科学家们认为银晕是不旋转的，但前些年测量到它大约以20-30km/s在转动。原因有两个：1、恰巧目前我们观测到的星属于同一个矮星系，这个矮星系在以20-30km/s的速度旋转。但它们是否在一个矮星系中，可以通过研究它们的化学成分是否相差不多，也就是金属丰度来确定。2、银河系是一个棒旋星系，银晕受到不对称结构——棒的影响，不断地吸收由棒传递的角动量，进而也会造成银晕的旋转。

图3. 银河系中的棒旋星系及太阳系所在位置

为了更好的理解第二点，小天请刘超研究员做了个通俗的比喻。假设你现在喝咖啡，当你用勺子搅动咖啡时，咖啡被勺子带着旋转起来，银晕和银河系的关系可能也是如此，银晕本身也许并不转动，但因为“棒”在转动，所以带动了银晕转动。

Q：测量其旋转速度有什么意义呢？

田浩：研究银晕的旋转速度有助于了解其并合矮星系的过程，如果可以确认是因为银河系的“棒”搅动其旋转，也是对目前研究的一种证实。同时银晕中的主要成员星年龄都较老，接近于银河系本身的年龄，银晕的旋转与银河系的形成过程及银河系结构直接相关，精确测量银晕的旋转对认识银河系的形成与演化具有重要的意义，俗称“银河系考古”。

我们常说“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，地球处于银河系中，我们很难观看到它美丽的样子，但通过观测到的数据，将其用于计算机模拟中，对构建出银河系全貌有很大帮助。

图4.矮星系KISO5639 来源：NASA

Q：探索恒星晕有利于我们研究暗物质？

刘超：恒星晕的转动会受到暗物质晕的影响，暗物质我们看不见摸不着，就好像我们呼吸的空气一般，举个例子，在一个屋子里，里面的空气我们看不到，但通过花瓣的飞舞，我们可以观察到空气的流动，同时这个屋子里，空气的多和少对花瓣飞舞所产生的效率也不一样。所以，通过分析恒星晕的相关信息有助于我们了解暗物质晕。

Q：为什么选用LAMOST观测呢？

刘超：因为它有1000万颗样本，样本量非常大，高出其他望远镜两个数量级。也由于LAMOST巡天的采样数目非常高，因此在较小的体积内有更高的采样率，是它巡天研究银晕的优势所在。这次观测不仅用到了LAMOST，还有欧洲天文台的盖亚太空望远镜。它可以观测恒星横向的移动，LAMOST可以测量恒星离我们的纵深距离的变化，两个望远镜形成互补，为我们提供了恒星移动的3D效果。

轮值主编：姜晓军（国家天文台研究员）

撰稿：蔡琳

编辑：黄京一、柒柒