基于LAMOST与Gaia的极端贫金属星化学丰度与空间分布研究

Extremely metal-poor stars provide an exceptionally versatile means for studying a large variety of open questions regarding the nature and evolution of the early Universe. Extensive study has been devoted to the search for EMP stars within the halo of the Galaxy; however, due to the rarity of EMP stars and the limitation of previous projects, a number of essential questions remain unsolved. The project plans to search for EMP stars with the huge data obtained through LAMOST survey, and together with follow-up observations and Gaia satellite measurements, to establish largest sample of EMP stars with chemical and kinematical parameters. Considering the technique limitation, we plan to search for stars with the lowest Fe and C abundances, and the possibly existent low-mass Pop III. For the first time, we plan to investigate the spatial distribution of EMP stars, and together with the metallicity distribution, to explore the star formation mode of the first stars and the evolution of the Galactic halo. We plan to establish the first C abundance distribution, to determine the evolution of C-enhancement at lowest metallicities, and to observationally constrain basic assumptions including the initial mass functions. It is expectable to achieve important results in relevant fields.

极端贫金属星是探索早期宇宙本质及演化的重要研究手段。已有大量研究工作致力于寻找这类天体，但是由于其数量稀少和现有观测项目的局限性，许多关键问题仍亟待解决。本项目计划利用LAMOST巡天获取的海量银河系恒星光谱数据搜寻极端贫金属星，结合后续高分辨率光谱观测以及Gaia的全天测量数据获取目前最大样本的极端贫金属星的化学丰度与空间运动学多维参数。将搜寻具有最低Fe丰度和C丰度的极端贫金属星，以期深入理解极早期元素核合成与第一代超新星的性质，验证是否仍然存在小质量第一代恒星；将首次系统的研究极端贫金属星的空间分布，并结合其金属丰度分布探究第一代恒星的恒星形成模式以及银河系晕的形成与演化历史；将首次系统的研究极端贫金属星的C元素丰度分布，确定C元素超丰在极端贫金属端的演化，并从观测上对初始质量函数等基本问题提出重要约束。可望通过LAMOST与Gaia的充分结合在相关领域获得具有较高显示度的重要成果。

基于LAMOST巡天的海量光谱数据以及后续高分辨率光谱证认与细致分析，该项目开展了国际上最大规模的贫金属星搜寻项目。利用LAMOST巡天数据挑选出一万余颗金属含量不到太阳百分之一的贫金属星候选体，形成了目前世界上最大的贫金属星亮源表。通过4年的数据积累，已证认近400余颗非常贫金属星，观测结果表明我们从LAMOST数据中挑选贫金属星的成功率高于90%，超过了国际同类项目。不仅形成了世界上最大的均匀的贫金属星高分辨率样本，同时也发现了一系列重要的特殊天体。1）三颗金属丰度不到太阳万分之一的超贫金属星。其中J2217表现出C、N、O的大量超丰以及过量的Na、Mg、Al和Si，目前已知这类恒星仅有4颗。通过其奇异化学丰度模式，我们对其前身星的质量等基本性质提供了重要的观测限制。2）首次开展了Li超丰贫金属星的系统搜寻，并成功的找到了12颗Li元素丰度显著超丰的贫金属星，其中5颗未尚经历明显物质混合的主序拐点星，对现有小质量恒星演化模型及Li增丰机制提出了非常重要的挑战。3）发现80余颗C超丰贫金属星。其中J0119是目前已知Ba丰度最高的CEMP-s极端案例，第一次给出了可以直接通过观测丰度模式限制AGB伴星的质量等基本性质的证据，也为今后更好的限制和改进低金属丰度AGB模型提供了一种新的思路。