银河系著名星团NGC 2323竟是“双胞胎”

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在浩瀚宇宙中，疏散星团一直是天文学家们研究的重点对象，它们就像宇宙中的 “大家庭”，包含着众多“成员”恒星。近期，由中国科学院上海天文台星团与银河系研究团组牵头的国际合作团队，结合高精度的Gaia巡天观测数据和N-body数值模拟，揭开了银河系著名疏散星团NGC 2323的神秘面纱。该研究由上海天文台主导，与中山大学、巴塞罗那大学、海德堡大学天文研究中心、新疆天文台等国内外国家科研单位的科研人员合作完成，成果于近期发表在国际著名期刊《天文与天体物理》(Astronomy and Astrophysics)上。NGC 2323，也被称为M50，位于银河系的麒麟座区域，早在 1709 年之前就被 Giovanni Cassini发现，后来还被Charles Messier编入著名的梅西耶星表。长期以来，NGC 2323一直被看作是一个经典的单星团。过去，天文学家们在估算它的距离和年龄时，得出的结果差异颇大：距离从500到1230 pc不等，年龄在60到180 Myr 之间。


图 1. NGC 2323 (图片来源于Aladin)研究团队利用最新发布的Gaia DR3数据，结合HDBSCAN聚类算法，对NGC 2323的成员星判定和性质参数进行了深入研究，研究结果显示，NGC 2323在自行空间的分布呈现双峰分布，表明其很可能是一个双星团，由两个子星团组成，即质量较大的NGC 2323-a和质量较小的NGC 2323-b，它们的切向速度差异为2.2 km/s，在引力束缚作用下相互绕转。这两个子星团当前的位置非常接近，三维距离差仅有12.3 pc，Gaia提供的两个子星团成员星视向速度的平均值都在6 km/s左右，十分相似。通过等龄线拟合发现，两个子星团的年龄竟然是一样的，都为158 Myr，这进一步证明了它们可能有着共同的起源。


图2. NGC 2323成员星自行的二维分布图那么，这个双星团究竟是如何形成的？在未来又将迎来怎样的演化结局？带着这些疑问，研究人员借助N-body数值模拟，对该双星团展开了深入探索。模拟结果显示，在大约158 Myr前，这两个子星团在诞生时相距约有27.2 pc，小于分子云的典型尺寸，这为它们来自同一分子云提供了有力证据。在接下来的100 Myr里，两个子星团会相互环绕，轨道距离呈周期性变化。但随着时间推移，小质量的NGC 2323-b会逐渐膨胀，导致质量流失。大约100 Myr后，两个子星团之间的引力将无法束缚彼此，它们会逐渐分离，最后变成两个“孤独”的星团，游荡在银河系中。

图3. N-body数值模拟回推（黑色线），正推（绿色线），以及未来演化（蓝色和玫红色线）两个子星团轨道距离的变化本论文的研究成果初步揭开了疏散星团NGC 2323的“双胞胎” 面纱，在双星团研究领域具有重要价值。双星团研究对于探索恒星形成与演化、星系动力学以及验证基础物理理论等方面都有着不可忽视的意义。它有助于我们理解恒星在原始星云中的诞生过程，通过追踪双星团中不同演化阶段的恒星，进一步完善恒星演化理论。同时，双星团在星系中的运动与分布，也能为研究星系的质量分布和引力场结构提供关键线索。在银河系中，还存在着众多形态、运动各异的双星团，它们宛如隐藏在宇宙深处的神秘宝藏，亟待我们去探索。目前，这些双星团究竟是在原初状态下形成，还是通过捕获过程产生，仍然是未解之谜。而它们未来的演化命运，究竟是走向合并，还是最终分离，同样有待开展深入细致的研究。在此过程中，基于实际观测获取的数据至关重要，与此同时，N-body数值模拟也在其中发挥着不可或缺的作用，它将助力我们更深入地理解这些神秘天体的过去、现在与未来。论文第一作者和通讯作者为上海天文台博士生秦松梅，上海天文台钟靖研究员是论文共同通讯作者。该工作得到国家自然基金重大项目、国家自然基金面上项目以及CSST空间站首批科学研究课题项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1051/0004-6361/202452962科学联系人：秦松梅 qsm@shao.ac.cn；钟靖jzhong@shao.ac.cn