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在浩瀚宇宙中，疏散星團(tuán)一直是天文學(xué)家們研究的重點(diǎn)對(duì)象，它們就像宇宙中的 “大家庭”，包含著眾多“成員”恒星。近期，由中國科學(xué)院上海天文臺(tái)星團(tuán)與銀河系研究團(tuán)組牽頭的國際合作團(tuán)隊(duì)，結(jié)合高精度的Gaia巡天觀測(cè)數(shù)據(jù)和N-body數(shù)值模擬，揭開了銀河系著名疏散星團(tuán)NGC 2323的神秘面紗。該研究由上海天文臺(tái)主導(dǎo)，與中山大學(xué)、巴塞羅那大學(xué)、海德堡大學(xué)天文研究中心、新疆天文臺(tái)等國內(nèi)外國家科研單位的科研人員合作完成，成果于近期發(fā)表在國際著名期刊《天文與天體物理》(Astronomy and Astrophysics)上。

NGC 2323，也被稱為M50，位于銀河系的麒麟座區(qū)域，早在 1709 年之前就被 Giovanni Cassini發(fā)現(xiàn)，后來還被Charles Messier編入著名的梅西耶星表。長期以來，NGC 2323一直被看作是一個(gè)經(jīng)典的單星團(tuán)。過去，天文學(xué)家們?cè)诠浪闼木嚯x和年齡時(shí)，得出的結(jié)果差異頗大：距離從500到1230 pc不等，年齡在60到180 Myr 之間。

圖 1. NGC 2323?(圖片來源于Aladin)

研究團(tuán)隊(duì)利用最新發(fā)布的Gaia DR3數(shù)據(jù)，結(jié)合HDBSCAN聚類算法，對(duì)NGC 2323的成員星判定和性質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了深入研究，研究結(jié)果顯示，NGC 2323在自行空間的分布呈現(xiàn)雙峰分布，表明其很可能是一個(gè)雙星團(tuán)，由兩個(gè)子星團(tuán)組成，即質(zhì)量較大的NGC 2323-a和質(zhì)量較小的NGC 2323-b，它們的切向速度差異為2.2 km/s，在引力束縛作用下相互繞轉(zhuǎn)。這兩個(gè)子星團(tuán)當(dāng)前的位置非常接近，三維距離差僅有12.3 pc，Gaia提供的兩個(gè)子星團(tuán)成員星視向速度的平均值都在6 km/s左右，十分相似。通過等齡線擬合發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)子星團(tuán)的年齡竟然是一樣的，都為158 Myr，這進(jìn)一步證明了它們可能有著共同的起源。

圖2. NGC 2323成員星自行的二維分布圖

那么，這個(gè)雙星團(tuán)究竟是如何形成的？在未來又將迎來怎樣的演化結(jié)局？帶著這些疑問，研究人員借助N-body數(shù)值模擬，對(duì)該雙星團(tuán)展開了深入探索。

模擬結(jié)果顯示，在大約158 Myr前，這兩個(gè)子星團(tuán)在誕生時(shí)相距約有27.2 pc，小于分子云的典型尺寸，這為它們來自同一分子云提供了有力證據(jù)。在接下來的100 Myr里，兩個(gè)子星團(tuán)會(huì)相互環(huán)繞，軌道距離呈周期性變化。但隨著時(shí)間推移，小質(zhì)量的NGC 2323-b會(huì)逐漸膨脹，導(dǎo)致質(zhì)量流失。大約100 Myr后，兩個(gè)子星團(tuán)之間的引力將無法束縛彼此，它們會(huì)逐漸分離，最后變成兩個(gè)“孤獨(dú)”的星團(tuán)，游蕩在銀河系中。

圖3. N-body數(shù)值模擬回推（黑色線），正推（綠色線），以及未來演化（藍(lán)色和玫紅色線）兩個(gè)子星團(tuán)軌道距離的變化

本論文的研究成果初步揭開了疏散星團(tuán)NGC 2323的“雙胞胎” 面紗，在雙星團(tuán)研究領(lǐng)域具有重要價(jià)值。雙星團(tuán)研究對(duì)于探索恒星形成與演化、星系動(dòng)力學(xué)以及驗(yàn)證基礎(chǔ)物理理論等方面都有著不可忽視的意義。它有助于我們理解恒星在原始星云中的誕生過程，通過追蹤雙星團(tuán)中不同演化階段的恒星，進(jìn)一步完善恒星演化理論。同時(shí)，雙星團(tuán)在星系中的運(yùn)動(dòng)與分布，也能為研究星系的質(zhì)量分布和引力場(chǎng)結(jié)構(gòu)提供關(guān)鍵線索。

在銀河系中，還存在著眾多形態(tài)、運(yùn)動(dòng)各異的雙星團(tuán)，它們宛如隱藏在宇宙深處的神秘寶藏，亟待我們?nèi)ヌ剿鳌Ｄ壳埃@些雙星團(tuán)究竟是在原初狀態(tài)下形成，還是通過捕獲過程產(chǎn)生，仍然是未解之謎。而它們未來的演化命運(yùn)，究竟是走向合并，還是最終分離，同樣有待開展深入細(xì)致的研究。在此過程中，基于實(shí)際觀測(cè)獲取的數(shù)據(jù)至關(guān)重要，與此同時(shí)，N-body數(shù)值模擬也在其中發(fā)揮著不可或缺的作用，它將助力我們更深入地理解這些神秘天體的過去、現(xiàn)在與未來。

論文第一作者和通訊作者為上海天文臺(tái)博士生秦松梅，上海天文臺(tái)鐘靖研究員是論文共同通訊作者。該工作得到國家自然基金重大項(xiàng)目、國家自然基金面上項(xiàng)目以及CSST空間站首批科學(xué)研究課題項(xiàng)目資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1051/0004-6361/202452962

科學(xué)聯(lián)系人：秦松梅 qsm@shao.ac.cn；鐘靖jzhong@shao.ac.cn