基于LAMOST和SDSS观测的天琴座RR变星研究银晕的形成和演化

As the oldest component of the Milky Way, galactic halo reserve all the information of Milky Way building up, so it become very important to understand the formation and evolution of the Milky Way. However, there are still many outstanding questing restrict our knowledge to fully understand the formation and evolution of the Milky Way. For example, we are not sure the stellar halo Is formed in a cloud of primordial gas by collapsing or formed by accreting the satellite galaxy ? The number density of stellar halo is a single power law with index between -2 and -3 or is a broken power law? The cause of these problem is at least partly driven by the paucity of large sample of halo stars. RR Lyrae stars become one of the most ideal probe to trace the property of Galactic halo since it’s distance can be measured precisely as a standard candle, it’s absolute luminosity is very bright and it’s light curve is easy to identify. This project is committed to built the largest spectral sample of RR Lyrae stars by far, and their poor metallicity , systemic radial velocity and distance can be measured precisely. We will further study the property of Galactic halo from (sub)structure, chemical and kinematics properties based on our building sample, to understand the number density distribution of stellar halo and formation mechanism of galactic halo, and provide some important evidence to the formation and evolution of Milky Way.

作为银河系最年老的组成成分，银晕保留了整个银河系集成的历史信息，对理解银河系的形成与演化有重要作用。然而，还有许多悬而未决的基本问题制约着我们对银晕形成与演化图景的全面认识。比如银河系的恒星晕到底形成于一团原初气体的整体塌缩还是对卫星星系的吸积抑或两种作用兼而有之？恒星晕的数密度到底是一个幂指数为-2至-3幂律轮廓还是一个断幂指数的轮廓等等。造成这一问题的根本原因是我们缺少大样本的晕族示踪物。天琴座RR变星作为标准烛光，可以准确的测量距离，并且有着较亮的绝对亮度以及易于证认的光变特性，成为研究银晕性质的最为理想的示踪物之一。本课题致力于建立一个目前为止最大RR变星分光样本，并准确地测量其较贫的金属丰度、扣除脉动影响后的质心视向速度以及距离。并以此为基础，研究银晕的（子）结构、化学运动学等方面性质，解决恒星晕的数密度轮廓及形成机制等问题，为理解整个银河系的形成与演化提供重要基础。

银河系的晕(包括恒星晕和暗物质晕)被证实具有非常复杂的结构，其中所蕴藏的信息使人们有可能揭示银河系的结构、形成和丰富的演化历史，因此对银晕进行研究有着重要的意义。然而迄今为止，我们对银晕的了解还很欠缺，其中不可忽视的一个原因是我们缺少大样本的晕星来示踪银晕的性质。而天琴座RR变星有着准确的距离测量以及较亮的绝对星等，成为示踪银晕性质的一个天然探针。近年来，随着SDSS、LAMOST等银河系大规模光谱巡天的相继开展，为我们构建大的天琴座RR变星分光样本提供了契机。我们搜寻了各种有关天琴座RR变星的测光巡天，并与光谱巡天（LAMOST+SDSS）进行交叉，获得了近九千个天琴座RR变星的光谱。我们独辟蹊径采用单次曝光谱来测量它们的金属丰度。我们采用模板拟合的方法来测量天琴座RR变星单次曝光谱的金属丰度，并利用CaK线的等值宽度来判断光谱是否受到了激波的影响。并且利用Sesar（2012）提供的天琴座RR变星的视向速度模板拟合的方法获得天琴座RR变星的质心视向速度，最后我们还根据文献中已有的绝对星等与金属丰度（Mv~[Fe/H]）或红外的周期-绝对星等-金属丰度（PMZ）关系求得了我们这个样本中大部分源的距离，建立一个目前为止最大的有着距离、金属丰度和视向速度准确测量的天琴座RR变星分光样本。基于该样本，我们分析了银晕的化学和运动学性质。从金属丰度分布函数来看，我们发现有内、外晕两个成分，内晕的金属丰度峰值在-1.6附近，外晕金属丰度峰值在-2.2左右。并且内晕中有一明显的金属丰度密集区域，该区域与从运动学上看到的“盖亚香肠”结构吻合。我们还计算了银晕的各向异性因子，发现内晕中较富金属的星族其各项异性因子高达0.9，而外晕却只有0.5左右，支持了文献中关于盖亚香肠结构可能来源于一个较富金属矮星系与银河系主并合后留下的遗迹的观点。我们还尝试了从测光的角度来测量RR变星的金属丰度，及利用SkyMapper 测光巡天挑选红巨星作为探测银河系形成与演化的探针，并测得100万颗红巨星的大气参数和距离。