婀娜多姿的银河系？从距离示踪天体看银河系结构

In this February, a 3D map of Milky Way’s disk is brought to media attention. By distance indicators, our Milky Way is being warped and twisted. Compare to other objects, distance indicator can be widely used to estimated astronomical distance and its distance precision is much higher. With the help of accurate distances, the 3D picture of the Milky Way we see is in high definition. Traditionally, the study of Milky Way’s structure based on distance indicators is limited by the number. While in the last five years, the number increases rapidly as the development of wide-field time domain survey. In this project, we aim at studying Milky Way’s structure based on half to several million distance indicators. In detail, we adopt Cepheids to investigating the disk and arms and adopt contact binaries to studying the bulge and solar neighborhood. Also, we use both age and distance to constrain the evolution history of our Milky Way. Besides, we intend to apply the detached eclipsing binaries’ high precision distance to the study of large scale structure.

今年2月，一幅银河系恒星盘三维直观图引爆国内外媒体，银河系的婀娜多姿展现在大众视野，这一切都得益于距离示踪天体。距离示踪天体是天文学研究中能提供精确距离且能广泛适用的特殊天体。相对于绝大多数天体，示踪天体可以提供极为准确的距离。基于准确的距离，我们所看到的银河系三维图像的清晰度将大大提高，这为研究银河系的精确结构提供了可能。过去，受限于数量太少，距离示踪天体只能被用于少数特别区域。而最近五年，大天区长时间时序测光星表不断喷涌，变星距离示踪天体的数量也由1-2万增长到40-60万，这使得基于示踪天体的结构研究将被推广到更大的范围。本项目将利用新发现的造父变星对银河系内外盘、旋臂的性质做更好的揭示；基于新示踪天体相接食双星对银河系核球结构，以及太阳附近的细致结构进行研究；利用多年龄示踪体分类分析，从而更好的限制银河系的演化历史；同时对分离食双星的超精确距离进行推广应用。

近几年（2018-2022年）时域天文学快速发展，当前变星研究已全面进入大数据时代。本项目中，我们利用大数据对变星开展了发现、研究到应用的全链条研究。我们开发了针对几十亿量级的光变时域数据的快速分析软件，得到了变星候选体。通过变星物理知识的整理，我们构建了一套变星分类的标准，并最终发布了北天最大的周期变星星表。该星表包括60万新发现变星，占当时已知变星的30%。除了新发现变星的数量多，该星表的分类和周期准确性都经过严格的检查和优化。基于该星表，可以开展造父变星、天琴座RR型星、食双星等的大样本研究。该星表打开了自转变星、多周期变星的大样本研究之门。对此我们着重于多周期变星的性质研究，发现了年老天体中可同时示踪高精度距离和金属丰度的天琴座RRd型星，并利用它们测量了球状星团和矮星系的高精度距离。我们开展了造父变星、天琴座RR型星、食双星的距离量天尺的优化，并用于研究银河系结构和限制恒星物理参数。我们发现基于造父变星的银河系旋转曲线也存在对角脊特征、并得到翘曲的进动率在0左右（正负5）。我们还获得了各类食双星的恒星物理参数。基于本项目的执行，我们建立变星数据库，并初步建立了变星家族树研究的知识图谱。本项目已正式发表有本基金标注SCI论文12篇，另还有5篇论文将于2023年发表。一篇第一标注论文被评为2020年美国天文学会NOVA研究亮点，并于2022年被评为IOP出版社中国高被引论文，是本领域经典论文。还有一篇论文即将被Nature Astronomy接收。本项目建立了一个包含80万变星的数据库网站，并发布了银河系红团簇巨星的三维参数图。