利用SDSS-III及LAMOST巡天的光谱数据搜寻和研究超高速星

Hyper-velocity stars are believed to be ejected out from the Galactic center through dynamical interactions of (binary) stars with the central super-massive black hole(s), and are capable of escaping from the Galaxy. The discovery of hyper-velocity stars is a powerful proof of the super-mass black hole existing in the Galactic center, and they will also be a useful tool to investigate some issues, such as the shape and orientation of Galactic halo, the Galactic potential model and the initial mass function in the Galactic center.This project plans to search hypervelocity stars from the SEGUE-2 and APOGEE surveys of SDSS-III, and the pilot and regular surveys of LAMOST, and to study their kinematic properties. Firstly, this project will select hyper-velocity star candidates from massive SDSS and LAMOST stellar spectra data with a series of photometric, spectroscopic and kinematic criteria.Secondly, this project will calculate the time-reverse trajectory and origin place for each hyper-velocity star candidate with the Galactic potential models and numerical simulation method, and analyze the possible dynamical mechanisms on their birth. Finally, this project will analyze the effect of binary orbital velocities and proper motion uncertainties on space velocities of hyper-velocity star candidates.

超高速星是一类能够从银河系逃逸的恒星，它们是银心超大质量黑洞存在的有力证据，也是研究银河系晕的形状、银河系引力势模型以及银心初始质量函数等问题的有力工具。该课题计划在SDSS-III的SEGUE-2和APOGEE巡天、以及LAMOST的先导和正式巡天的光谱数据中系统搜寻和研究超高速星。首先，该课题将通过一系列测光的、光谱的和运动学的方法从海量SDSS-III和LAMOST恒星光谱数据中选出超高速星候选体。其次，该课题将使用银河系引力势模型和数值模拟方法计算每个超高速星候选体的时间反转轨道及诞生地，并分析它们可能的产生机制。最后，该课题还将分析双星轨道速度及自行不确定性对超高速星候选体空间速度的影响。

超高速星是一类数量极其稀少的特殊天体，它们具有不同于绝大多数恒星的非常高的运动速度，并且能够从银河系逃逸。目前已经证认的超高速星都是遥远银河系晕中的大质量早型恒星，虽然有一些小质量F、G和K型超高速星侯选体被发现和报道，但是由于自行和距离参数的不可靠，它们中没有一颗能够被证认。为了发现和证认小质量超高速星，我们使用一系列光谱的、测光的和运动学的标准，在LAMOST DR1超过一百万光谱数据发现19颗小质量超高速星侯选体。这次搜寻和发现小质量超高速星的过程中，我们增加了对测光数据和运动学参数可靠性的限制，使侯选体的可靠性进一步提高。为了进一步探索这些候选体成为超高速星的概率，我们使用蒙特卡洛数值模拟方法分别估算了它们在五种银河系引力势能下从银河系逃逸的概率，实验表明他们成为超高速星的概率都超过了50%，有的甚至高达90%。此外，我们研究了这些候选体可能的起源地，与以往使用运动学方法不同，此次我们将候选体的金属丰度与银河系核球、银盘、银晕和球状星团的金属丰度分布函数分别进行比较，以此来确定它们很可能的起源，比较结果显示它们很可能起源于核球或者银盘。项目执行过程中，我们增加了新的研究内容，即从各种数量稀少的特殊类型恒星中搜寻和发现超高速星，这些数量更加稀少更加珍贵的超高速星的发现，将帮助我们更加深入和全面的理解超高速星可能的起源机制。为了完成这项新的研究内容，我们必须首先搜寻和发现几类特殊类型的恒星，然后再从中搜寻超高速星。项目执行期间，我们已经先后从SDSS DR8和LAMOST Pilot巡天中发现几百颗碳星，目前我们正在利用LAMOST DR4搜寻和研究碳星，构建LAMOST最大碳星星表，这项工作即将完成。我们利用LAMOST Pilot巡天发现几十颗白矮星-主序星双星，三千多颗金属丰度异常的A型星，以及超过五万颗 M矮星。此外，我们还为LAMOST一维光谱分析软件构建了覆盖光谱类型更加广泛，包含特殊恒星更加全面的恒星光谱模板库，并且已经成功将该模板库应用到LAMOST 光谱分析软件中。