近日，中国科学院大学黄样博士等人所在的研究团队利用机器学习的方法，获得了我国郭守敬望远镜(LAMOST)和美国APOGEE巡天中超过25万颗亮红巨星的高精度距离（优于15%），并利用该样本精确测量了距离银河系中心1.6万光年至8.1万光年范围内的银河系旋转曲线，成为目前该范围内最精确的银河系旋转曲线。这为测量银河系总质量及太阳领域的暗物质密度等基本物理量提供了至关重要的约束，对搜寻暗物质粒子、理解暗物质在银河系中的分布意义重大。该成果发表在国际知名学术期刊《天体物理学报》（2023,ApJ,946,73）。
图 1 银河系的俯视（左）和侧视（右）示意图（NASA/JPL）
精确测量银河系的旋转曲线是相当具有挑战性的工作，天文学家需要取得银河系中距离银心较远处的示踪天体的精确距离、自行和视向速度信息。中国科学院大学黄样等人从LAMOST和APOGEE光谱巡天中搜集了银河系中超过25万颗亮红巨星的光谱数据，这些光谱数据提供了精确的恒星大气参数、视线速度、化学元素丰度等参数信息。研究团队进一步利用欧空局Gaia卫星数据中的三角视差，利用贝叶斯方法估计出的距离信息作为训练样本，基于机器学习方法从光谱数据中得到了这25万余颗亮红巨星的分光距离。各种测试表明，这些距离的估算精度优于10%-15%，这对精确测量银河系较远处的恒星距离意义重大（Gaia视差允许的有效测量距离仅6 kpc左右）。
基于该亮红巨星的大样本，研究团队从中遴选出大约54000颗具有视向速度、自行和分光距离的银河系薄盘恒星，利用金斯模型构建了距离银河系中心1.6万光年至8.1万光年范围内（5kpc-25kpc）的银河系旋转曲线，精度高达1-3 km/s。基于该旋转曲线，研究团队进一步构建了银河系的质量模型。在该模型中，研究人员估算出的银河系质量约为8050亿倍太阳质量（（8.05±1.15）×1011M⨀），太阳邻域的暗物质密度约为0.39±0.03 GeV cm-3。基于该亮红巨星的大样本，研究团队从中遴选出大约54000颗具有视向速度、自行和分光距离的银河系薄盘恒星，利用金斯模型构建了距离银河系中心1.6万光年至8.1万光年范围内（5kpc-25kpc）的银河系旋转曲线，精度高达1-3 km/s。基于该旋转曲线，研究团队进一步构建了银河系的质量模型。在该模型中，研究人员估算出的银河系质量约为8050亿倍太阳质量（（8.05±1.15）×1011M⨀），太阳邻域的暗物质密度约为0.39±0.03 GeV cm-3。
审稿人对该成果给予了高度评价：“这是目前对银河系旋转曲线最好的测量。”（被审稿人称为：“This paper presents a state of the art derivation of the circular velocity of the Milky Way…”）
图 2 该工作测得的最新银河系旋转曲线（黑色实点）。红色实线表示质量模型对旋转曲线的最佳拟合，分别由核球（洋红色点虚线）、薄盘（金色点虚线）和厚盘（绿色点虚线）以及暗物质晕（青色点虚线）成份所贡献。蓝色方框和绿色倒三角分别代表Eilers和Ablimit等人2019年的测量结果。
论文链接： https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acadd9
