结合Kepler星震学观测和LAMOST光谱观测研究星团年龄

Cluster is an important link between the stars and the galaxy and other large scale structures, such as the galaxy cluster and the universe. In addition, the stars in a cluster are usually regarded as forming from same dust and/or gas in the interstellar. The member stars of the cluster therefore usually have many common properties, such as same element composition, distance, age. It made that the clusters are usually used to test the theory of stellar structure and evolution and the physical process. Determining the fundamental parameters, such as total mass of cluster, cluster distance, metallicity, age, is the most elementary and important in the processing of cluster investigation. The cluster age is the most important among all of the fundamental parameters. Our understanding of cluster formation, evolution, and the evolutionary physical phenomenon are greatly depend on the determining of cluster ages. In the project, we combine the asteroseismic observations of Kepler and the spectroscopic observations of LAMOST to investigate cluster ages. Combining the theory of stellar structure and evolution and the theory of stellar oscillations, we express the stellar age as a function of stellar oscillation parameters, such as, oscillation phase parameter, period span, large and small frequency separations. And we regard the stars in a cluster as an entirety and use the method of ensemble asteroseismology to analyze the observations to determine the cluster age and other cluster properties. It characterize the property of cluster stars as a natural sample.

星团是链接恒星和星系、星系团等大尺度结构的重要纽带。另外，星团恒星常被看作同时形成于星际空间中的同一团气体尘埃。因此，星团成员星之间拥有很多相似性，如：化学组成、距离、年龄等。这使得星团常被用来检验恒星结构演化模型。在星团研究中，星团基本参数——星团总质量、距离、金属丰度、年龄等——的确定是最基本的、也是最重要的。然而，星团年龄更是重中之重。只有准确确定星团年龄，才能对星团演化——生老病死、前世今生——进行研究，才有可能准确了解演化过程中的物理过程。在本项目中，我们结合Kepler卫星的星震学观测和地面LAMOST的光谱观测来研究星团年龄。结合恒星结构演化和恒星震荡理论，将恒星年龄表示成恒星震荡参数——相位参数、周期间隔、大小频率间隔等——的函数。将星团成员星看作一个整体，运用大样本星震学的方法对观测资料进行分析来确定星团年龄、了解星团性质，这充分体现了星团成员星作为一个自然样本的特性。

星震学是为数不多能够直接探测恒星内部结构状态的研究方法和手段之一，其通过机械波在恒星的内部的传播来研究恒星的内部结构状态。星团作为检验恒星结构演化理论的天然实验室，它的成员星构成一个完整的演化序列，从主序、亚巨星、红巨星到渐近巨星分支恒星、热压亚星或白矮星以及蓝大振幅变星等等。因此对星团的研究就是对不同演化阶段恒星的系统研究。. 在本项目中，我们主要研究不同演化阶段恒星的内部结构状态试图探索、寻找星震学和恒星年龄的联系，包括主序星（下主序类太阳震荡恒星：solar-like oscillations和上主序慢脉动B型星：SPB）、红巨星（RGB）、B型亚矮星（sdB）、蓝大振幅变星（BLAP）等。. 本项目的研究成果可简要总结如下：一、通过研究下主序恒星我们提出精确星震学独立分析方法，实现星震学研究的精确性和独立性。和其它研究手段相互独立有利于不同研究手段之间的相互检验。同时我们发现通过模型和观测相互对比研究时，星震学研究存在一定的局限性。我们能够非常精确确定的参数是恒星脉动的声学参数。这也揭示了p模式震荡所表征的是恒星内部的温度分布。二、研究SPB恒星脉动周期间隔的变化行为，构建观测量周期间隔和周期间隔变化频率和恒星内部氢元素丰度的关系。通过观测量周期间隔和它的变化频率就能确定恒星的演化程度。该研究表明：周期间隔的变化完全由中心对流核决定。三、通过对观测的周期以及周期变化率的研究，我们确定蓝大振幅变星处于中心氦燃烧阶段，他们的质量在一个太阳质量附近。四、通过研究我们精确确定红巨星中心电子简并氦核的大小。五、通过星震学手段将在赫罗图无法分辨的处于中心氦燃烧和壳层氦燃烧的恒星区分开来。六、通过非星震学手段研究金属丰度、年龄以及混合长对星团bump的影响。. 我们从不同角度对恒星不同演化阶段的恒星进行研究，极大地丰富了我们对恒星内部结构状态以及演化过程的认识。