面向世界科技前沿,面向國家重大需求,面向國民經濟主戰場,率先實現科學技術跨越發展,率先建成國家創新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

首頁 > 科學普及 > 科普文章

LAMOST爲星表“提純”

2019-11-12 中國科學报 池涵
【字體:

語音播報

  将恒星按光度和温度分类的HR图。图中最右边的星即为M型星,右上角为M巨星,右下角为M矮星,两者光度相差100万倍。图片来源:Ricks Astronomy Blog,astronomy.datapathways.com

  在天文學上,M巨星可以被用來對銀河系的暈結構做示蹤,一套純淨而完整的M型星星表對于展現銀河系的細微結構至關重要。然而,由于光譜樣本的缺失,之前的樣本主要是通過測光巡天數據獲得,挑選方法主要基于近紅外顔色挑選,該方法在保證樣本純淨度的同時難以兼顧樣本的完備性。

  近日,中國科學院上海天文台副研究员钟靖和西华师范大学博士李静等人,与美国LSST项目及智利大学研究团队合作,利用郭守敬望远镜(LAMOST)DR5发布的900多万光谱数据,筛选得到了一个目前世界上最大的M型星增值星表,挑选出了39796颗M巨星和501152颗M矮星。评估后M巨星和M矮星样本的污染率分别为4.6%和0.48%。

  該項研究成果近期發表在《天體物理學報增刊》上。

  汙染的煩惱

  钟靖告诉《中國科學报》,M型星是表面温度小于4000K的一类低温恒星,根据光度和表面重力的不同又分为M巨星和M矮星两种恒星类型,它们各自具有不同的物理性质和研究价值。

  M矮星又称红矮星,是一类小质量的主序恒星,约占银河系总恒星数目的70%。由于其体积小、光度低,只能在太阳邻域1~2 kpc的范围内被观测到,十分适合作为研究太阳邻域化学、动力学特征的示踪天体。此外,该型恒星也是目前人类搜寻系外行星、寻找宜居天体的热门观测目标,对于行星科学的相关研究具有重要意义。

  而M巨星是中小質量主序恒星演化到末期的産物,其光度約爲太陽的1000~10000倍,是宇宙中最爲明亮的一類恒星。在同等觀測條件下,M巨星的探測距離是M矮星的成百上千倍,是研究銀河系外盤和外暈結構的理想示蹤天體,對揭示銀河系的形成和演化曆史具有重要作用。

  李静告诉《中國科學报》, 在LAMOST数据发布之前,M型星的数据多是从望远镜巡天的测光数据取得的。比如说当2微米全天巡天(2MASS)发表数据的时候,美国科学家 Majewski就想从这个巡天数据里把M巨星挑出来,这样可以用大样本数据做银河系晕的结构。然而,Majewski发现,他的星表遭遇了M矮星的污染。

  鍾靖說,這是由于所有的大樣本都是基于一定的算法通過計算機選出來的,由于光譜樣本的信噪比不一樣,光譜特征也不完全一樣,因而必然會存在錯誤篩選的問題,即星表的汙染。樣本的汙染率也成爲衡量樣本好壞的重要標志。

  LAMOST和Gaia

  2015年,LAMOST取得的首批巡天光譜數據正式對全世界發布。作爲目前世界上光譜獲取率最高的大望遠鏡,LAMOST能夠以每年百萬條的速度獲取高質量光譜。這對于天文學家們來說是個振奮人心的消息。

  鍾靖說,LAMOST巡天數據的最大優勢就是光譜數目多、光譜覆蓋範圍寬,這樣可以找到很多稀有的恒星類型。並且,之前主要是用測光來區分M型星樣本,現在有了光譜,可以得到的信息更多,因而更容易區分M型星樣本。這項研究不但從光譜中挑選了M型星樣本,還進一步利用Gaia數據對樣本中的汙染進行了細致研究,得到了一個更爲純淨的M型星光譜樣本。

  Gaia最大的意義在于提供了非常高精度的天體距離測量數據,這個數據可以用來估計天體的距離,而且精度比目前高很多,而距離是了解恒星性質的一個非常重要的參數,知道了距離就能知道恒星的光度,進而知道恒星的性質,把不屬于M型星的恒星剔除幹淨。此外,Gaia還給出了非常高精度的恒星顔色,而顔色也是反映恒星溫度和金屬豐度的一個重要參量。

  然而,鍾靖等人發現,即便是光譜挑選出來的樣本,也不是非常幹淨的。有沒有其他的辦法能夠進一步提純樣本呢?

  被算法拉開的樣本

  2016年一次很偶然的機會,李靜發現,把處于近紅外波段的2MASS數據和紅外波段的廣角紅外巡天(WISE)數據結合起來使用,對測光數據得到的樣本有很好的提純效果。

  這次用同樣的方法,李靜又發現,這種方法還能進一步把M巨星和M矮星的光譜樣本提純,將WISE數據作爲橫坐標,2MASS數據作爲縱坐標,原本在一個波段上重疊在一起的恒星樣本一下子被分開了。

  最终,利用LAMOST DR5发布的900多万光谱数据和改进的算法,研究团队筛选得到了一个目前世界上最大的M型星增值星表,挑选出了39796颗M巨星和501152颗M矮星。

  經過評估,新樣本M巨星和M矮星的樣本汙染率分別爲4.6%和0.48%。

  相比于此前30%~40%的汙染率,“這個結果非常優秀。”審稿人評價道。

  鍾靖說,有了這個比較純淨的星表,科學家們可以在其基礎上嘗試通過機器學習方法來確定恒星的大氣參數,包括表面溫度、表面重力加速度和金屬豐度,也可以利用這個樣本來搜尋銀河系星流的成員星,通過這些成員星在速度空間和位置空間的分布來研究銀河系對矮星系的吸積並合曆史。另外,還可以利用這個樣本嘗試發現銀河系中更多的星流結構。

打印 責任編輯:侯茜

掃一掃在手機打開當前頁

© 1996 - 中國科學院 版权所有 京ICP備05002857號 京公網安備110402500047號

聯系我們 地址:北京市三里河路52号 邮编:100864