太阳邻域银河系引力势能的研究

This program contains two studies: 1) improve the measurement of the local dark matter density and investigate the discrepancy of different measurement methods which each make different assumptions, or data complications; 2) compare the measurement based on the data towards the Galactic north pole with the ones estimated from K-dwarfs towards the Galactic south pole to understand the symmetry of Galaxy. The program will utilize volomn complete sample to study the mass distribution in z-direction of total matter. Meanwhile, it will be the first time to test different methods of mass distribution estimation with such a huge and unity data set. In addition, it is also the first time to use K dwarfs towards the Galactic north pole toestimate the mass distribution in the Solar vcinity and compare the results with the one towards the Galactic south pole. With more and more data, e.g., LAMOST SDSS/DR 9, and MMT Hectospec observation, and my experiences of previous Galactic potential studies, it is possible to take this program.

本项目主要有两个研究内容：1）利用太阳邻域大样本K矮星的运动学和动力学性质，运用多种方法测算银盘的局部物质质量密度分布，对现有的测量和计算方法进行测试和改进，从而进一步解决目前太阳邻域暗物质质量密度分布的问题；2）利用北银极的K矮星数据，计算太阳邻域暗物质质量密度的分布情况，并将之与利用南银极数据计算出的结果相比较，以研究银河系的对称性。本项目创新之处有三：1）使用目前最大的完备样本来研究银盘垂直方向上的物质质量分布；2）首次对同一样本用多种计算方法进行测试，以分析出造成"不同方法不同结果"这一现象的原因；3）首次利用北银极的K矮星来对太阳领域的物质质量进行计算，并与南银极数据的计算结果相互比较验证。LAMOST，SDSS DR9的大样本巡天数据以及申请成功的MMT Hectospec的观测为本项目提供了良好数据的条件；申请人前期太阳邻域引力势的相关研究为本项目的工作提供了强有力的保证。

首先，我们通过Hetospec@MMT观测的北银极的K-dwarf数据，对多种测量太阳邻域的引力势和物质分布重新的方法进行了评估，为现有的银河系引力势模型提供了新的观测约束，并为随后所进行的局部暗物质质量密度计算和银河系对称性研究的工作提供了有效地计算方法。其次，我们通过对LA中年轻恒星的元素丰度和运动学特征的研究，对现有的理论模型和数值模拟进行了分析，验证了一个假设：LA是在MS形成之后、在银河系重子物质盘和球状分布暗物质晕潮汐力作用下的产物；同时推翻了另一个假设：LA的气体物质主要源于SMC；此外，LA恒星在数目和速度上的不对称分布从侧面反映了银河系盘的不对称性。这项结果为现今的模型理论和数值模拟提供新的假设条件，并首次为今后数值模拟结果提供全新的恒星观测参照。最后，我们还通过银河系盘上的疏散星团的形态演化来对银盘的不对称性和物质分布情况进行了研究。通过计算每个疏散星团的偏心率，分析其随着年龄的演化关系，发现：其偏心率随着其年龄的增大而增加；且疏散星团外围部分容易受到银盘潮汐力和较差自转的影响；其在银盘上下方呈现非对称性分布。这为下一步银盘上物质分布的研究提供了更近一步的观测信息。