利用LAMOST主序拐点星研究银盘结构和化学动力学性质随时间的演化

The Galactic disk is the defining structure of the Milky Way, and is also the only galactic disk whose individual stars can be fully resolved. A detailed characterizing for the structure and chemo-dynamic properties of the Galactic disk is thus of vital importance to understand the formation and evolution of galactic disk(s). However, our knowledge on how the structure and chemo-dynamical properties of the Galactic disk evolve with time is still poor. The main reason is that it is hard to obtain reliable age estimates for a large sample of stars. Currently, the LAMOST Galactic spectroscopic surveys have obtained more than 6.5 million stellar spectra, and we have derived accurate stellar parameters from the spectra, which make it possible to estimate stellar ages for a large number of stars. In this project, we plan to estimate stellar ages for LAMOST main sequence turn-off and subgiant stars, thus to obtain a large sample of stars with reliable age estimates. With this sample, we will further study the stellar mass distribution function, spatial structure, stellar metallicity distribution function and stellar velocity dispersions of mono-aged disk stellar populations, thus to better understand the formation and evolution of the Galactic disk.

银盘是银河系作为盘星系的特征结构，也是我们能够分辨大样本单颗恒星的唯一一个星系盘，精确刻画其结构及化学动力学性质对于理解星系盘的形成和演化具有重要意义。然而，迄今为止人们对银盘结构和化学动力学性质如何随时间演化仍知之甚少。最主要的原因在于过去人们难以得到大样本恒星的精确年龄估计。LAMOST光谱巡天已经获得超过650万条恒星光谱，申请人及所在团队从中提取了精确的恒星大气参数信息，因此对大样本恒星进行年龄估计成为可能。本项目计划基于LAMOST恒星参数精确估计处于主序拐点和亚巨星演化阶段恒星的年龄和质量，构建具有精确年龄和质量估计及三维位置、三维速度和元素丰度信息的大规模银盘恒星样本，并利用该样本研究不同年龄银盘恒星的质量密度分布、空间结构及金属丰度分布和速度弥散等化学动力学性质，从而理解银盘的形成和演化。

银盘是银河系的特征成分。刻画其结构、理解其形成和演化机制对于理解银河系乃至一般盘星系的形成和演化具有重要科学意义。 LAMOST银河系光谱巡天获取的大样本恒星年龄和大气参数信息为揭示银盘结构与性质如何随时间演化提供了重要契机。本项目利用LAMOST光谱数据构建大样本恒星年龄星表，精确刻画银盘恒星质量密度三维分布、银盘整体以及单年龄星族的空间分布结构、以及银盘恒星化学和运动学性质随时间（年龄）的变化。主要成果包括：.（1）利用LAMOST光谱数据精确测定恒星年龄，构建大样本恒星年龄星表，为银河系演化研究提供标杆数据。.（2）首次描绘距离太阳数千秒差距范围内银盘整体星族以及单年龄星族的恒星质量密度三维“地图”，为理解银河系物质分布、银盘形成与演化历史提供了观测证据。该恒星质量密度分布图揭示了数个重要发现，包括.a，发现太阳半径处（R=8kpc）恒星质量密度比前人对本地恒星质量密度的估计值高出0.016M☉/pc3，这主要是由于本地旋臂对恒星质量密度的贡献。这一恒星质量超出与前人估计的本地暗物质密度大小相当（前人未考虑该恒星质量密度超出），为后续重新测定准确的本地暗物质密度提供了全新的依据；.b，发现本地旋臂不仅包含年轻恒星，而且包含中等年龄的恒星（年龄达6Gyr），这为理解旋臂的形成机制提供了观测约束；.c，发现银盘边缘增厚现象是所有年龄的恒星都呈现的普遍现象，为理解边缘增厚起源机制提供了观测约束；.d，发现银盘单年龄星族存在幅度约为1 M☉/pc3的径向面密度扰动；.e，通过恒星计数的方式直接给出银盘不同位置处的恒星形成历史，为构建精确的银河系模型提供了依据。.（3）精确描绘了银盘单年龄星族的化学丰度分布函数和运动学特征，对银盘的长期演化机制给出了强有力的观测约束。例如，揭示“本轮运动”这一恒星迁移机制对恒星化学分布影响较小；揭示外盘恒星存在强烈的向内迁移历史，且这一过程可能由矮星系扰动主导。