银河系中的球状星团
著：
Christine M. Clement
译：
Shea
球状星团（见图1）是大量恒星的紧密集合，同时也是银河系中最年老的恒星系统。在银河系形成和演化的研究中也扮演着重要的角色。但是，正如在本期的杂志中杨（Yoon）和李（Lee）所提出的，一些长久以来关于球状星团的认识需要修正。
[图片说明]图1：半人马座ω球状星团。半人马座ω球状星团大约含有100万颗恒星，是银河系中最大、最亮的球状星团。通常的球状星团大约含有10万颗恒星，现在银河系中已发现球状星团有150个。
40年前，埃根（Eggen）等人提出一团均匀、旋转的气体云坍缩形成了银河系（见图2）。按照这个单一整体坍缩模型，在剩余的气体坍缩前，球状晕中的气体形成了绝大多数的球状星团。结果，球状星团大部分位于银晕中。由于形成于早期，此时星际介质中只含有很少的重元素，所以球状星团中恒星的金属丰度要比类太阳恒星低。
[图片说明]图2：球状星团的形成。银河系开始是一个旋转的球星气体云，球状星团就形成于这个时期（顶图）。当星云继续坍缩成盘状时，球状星团就留在了球状晕中（中图）。但是，有些球状星团俘获自邻近的星系，例如，人马矮星系（底图）。红色/褐色表示人马矮星系；绿松色表示被剥离的物质。
但是有证据显示银河系的形成可能并非如这个模型预言的那样直接。潮汐俘获正在成为球状星团的另一个重要源头。杨和李认为这一机制可以解释贫金属球状星团的特性。
在缓慢的单一整体坍缩模型中，银晕中球状星团的年龄和金属丰度应该取决于它们到银心的距离——离银心越远，星团应该越年老，其中的金属丰度应该越低。但是，希尔拉（Searle）和金（Zinn）并没有在外晕的球状星团中发现这一径向丰度梯度。他们认为晕中的一些球状星团是由中央区域坍缩之后掉入银河系的气体所形成的。
范登堡（VandenBerg）等人发现了进一步的证据，外晕中的球状星团的年龄与其到银心的距离没有直接的关系。同时他们发现，具有相同金属丰度的球状星团在年龄上有较大的差异。在仔细的研究了年轻的球状星团Ruprecht 106之后，林（Lin）和李查（Richer）认为它可能是由潮汐俘获自一个邻近的星系。
有一些矮星系正围绕银河系转动。现在整个人马矮星系正在穿过银晕（见图2底图），它至少包含4个球状星团。斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey）的最新数据表明，这个矮星系曾经穿越过银河系，而且可能导致了晕中一些球状星团的诞生。
现在，杨和李认为俘获假说也许可以解释另一个长期悬而未决的问题：奥斯特霍夫二星群（Oosterhoff dichotomy）的起源。在许多球状星团中都含有天琴RR型变星（见图3）和水平支恒星，它们都有几个小时的脉动时标。在研究了5个球状星团中的大量天琴RR型变星之后，奥斯特霍夫注意到，在2个球状星团中，天琴RR型变星的平均脉动周期为0.55天，但在另外3个中，则为0.62-0.66天。这两群恒星则分别被称为奥斯特霍夫Ⅰ型和奥斯特霍夫Ⅱ型。随后的研究证实了这两个星群的存在，只是两个星群的平均脉动周期都有所扩大。
[图片说明]图3：典型球状星团的赫罗图（颜色—光度图）。主序星靠核心氢的聚变产能，之后便脱离主序。水平支恒星，其核心的氢已经全都变成了氦，氦聚变已成了主要能源。由于质量不同，在一段时间后恒星会演化入不同的阶段。
正如杨和李所指出的，标准的恒星演化理论可以解释在Ⅰ型球状星团中所观测到的天琴RR型变星的脉动周期。同时，也能解释在中等金属丰度Ⅱ型球状星团（Ⅱ-a型）中的观测结果。但是却很难解释为什么在贫金属球状星团（Ⅱ-b型）中的天琴RR型变星有如此长的脉动周期。如果它们比Ⅱ-a型球状星团年轻，那么就可以解释它们较长的脉动周期了。
在过去，由于较低的金属丰度，Ⅱ-b型球状星团被认为是较年老的。但是，如果它们形成于其他的星系，之后又被银河系俘获，那么它们就可能是比较年轻的了。杨和李认为，Ⅱ-a型球状星团和Ⅱ-b型球状星团之间的年龄差异太小，无法确定星团的绝对年龄。但是李等人提出可以用水平支恒星（见图3）的颜色分布来推断它们的相对年龄。这一方法十分有用，因为水平支恒星是星团中最亮的恒星之一，因此比暗弱主序星更容易观测。
杨和李对不同年龄、化学组成和质量的水平支恒星模型进行了计算。同时他们也在星团中安排了不同质量的水平支恒星。从他们的模型中，他们得到了所假设星团的水平支恒星（水平支星族恒星）的颜色分布样本。之后，通过将观测与星族模型比对，就能确定所观测星团的相对年龄了。他们得出结论，Ⅱ-b型球状星团要比Ⅱ-a型球状星团年轻。
在确定了Ⅱ-b型球状星团相对年轻之后，下一步便是要寻找它们可能俘获自另一个星系的证据。杨和李提出，大多数的Ⅱ-b型球状星团与两个邻近星系在同一平面内，这两个邻近星系是天龙矮星系和大麦哲伦星云。与大麦哲伦星云的联系是特别重要的，因为在它的晕中本身就有球状星团。
杨和李还提出了其他一些证据，Ⅱ-b型球状星团可能有与大麦哲伦星云（见图2底图）相似的绕转轨道。但是现在的设备仅能对视线方向的运动进行测量。垂直视线方向的运动很难测量，因为这牵涉到它们在天空中的位置变化（自行）。而球状星团十分的遥远，几年之内无法测出它们的自行。
进一步的计划，例如，NASA的空间干涉计划（Space Interferometry Mission），将使测量球状星团的自行成为可能。那时我们就能更有自信的确定哪个球状星团是俘获自邻近星系的了。
[Science 26 Jul 2002]
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