李茂材，李忠木

（大理学院天文与科技史研究所，云南大理 671003）

150个银河系球状星团的空间分布研究

李茂材，李忠木

（大理学院天文与科技史研究所，云南大理 671003）

采用银河系中150个球状星团作为样本，对其在银心坐标系中的空间分布特征进行了分析研究。结果表明：①样本中94%的球状星团分布在银纬-50°～+50°之间，银纬+50°～+70°度之间和银纬-50°～-70°之间几乎没有球状星团；②样本星团相对经纬度而言分布不均匀，分别在银经10°和350°处出现了两个分布峰值；③样本中距银心最近的球状星团的银心距为0.68kpc，最远银心距为123.33kpc，68.7%的样本球状星团分布在距银心10kpc以内，样本星团相对银心呈球对称分布。

银河系；球状星团；空间分布

0 引言

银河系〔1-4〕是人类赖以生存的星系，又是观测数据最丰富，现代科技研究最多、最成熟的星系。它由球状星团、疏散星团以及其它物质构成。而球状星团〔5〕又是银河系中最引人注目的恒星集团，它巨大的成员恒星数量、古老的年龄、同时同地形成等特点使其成为研究恒星形成、演化及动力学特征的理想“实验室”。因此，银河系球状星团的研究对理解星系的形成演化和基本物理过程等问题有重要的意义。据统计估计，银河系有约500多个球状星团，至今已发现并准确观测150多个球状星团。文章选取了其中150个球状星团为样本〔6〕，对其在银河系中的空间位置分布特征进行了研究。

1 球状星团样本资料

1.1 样本数据来源 1996年Harris〔7〕给出了《银河系球状星团数据总表》，随后，1999年Harris〔8〕对1996年的银河系球状星团总表进行了修订，并发表了《银河系球状星团参数表》（网络版），表中给出了银河系中147个已知球状星团以2000.0为历元的基本参数。2003年Harris〔6〕再次对银河系球状星团参数表进行了修订，又公布了修订后新的参数表（网络版），表中列出了150个以2000.0为历元的球状星团的基本参数，为球状星团的深入研究提供了可靠依据。本文以Harris2003年（网络版）的最新数据为样本，对银河系中球状星团的空间分布进行了深入研究。样本球状星团的观测数据见文献〔6〕。

1.2 样本数据处理的基本约定 ①历元：文章所用的坐标和参数都对应于历元2000.0〔9〕；②银心银道直角坐标系：为了确定样本星团在银河系中的空间位置，选取左手坐标系O-XYZ为银心银道直角坐标系，如图1。其中，X-Y平面为银道面，X轴以银心指向日心方向为正，Y轴的正方向为银河系自转方向，按左手法则，Z轴指向北银极为正。分别用X，Y，Z表示球状星团在银心银道直角坐标系中的位置沿坐标系三个坐标轴的分量；③太阳在银心银道直角坐标系中的坐标位置为：X=8.5kpc，Y=0kpc，Z=0kpc；④北银极在日心赤道直角坐标系中的位置为：αNGP= 12h51m34s.15，δNGP=26°51′23″.18，θ0=123°0′0″。其中，θ0是过北天极的大圆与通过北银极和零银经点的大圆之间的夹角〔10〕。

图1 银心银道直角坐标系

1.3 样本球状星团在银心银道坐标系中的空间坐标和银心距离的换算 为了得到各样本球状星团在银心银道坐标系中的空间坐标和银心距离，需对样本球状星团的观测数据进行换算处理。这是一个由日心赤道直角坐标系转换为银心银道直角坐标系的过程，具体换算公式〔10〕见公式（1）、（2）所示：

其中，X，Y，Z分别表示球状星团在银心银道直角坐标系中的三个分量；L和B分别表示样本球状星团的银经和银纬，各球状星团的银经和银纬观测值见文献〔6〕；R⊙表示日心赤道直角坐标系中的日心距离；Rgc示银心银道坐标系中的银心距离。

经换算后，样本球状星团在银心银道直角坐标系中的坐标位置和银心距离等参数列在表1中。

表1 样本球状星团在银心银道直角坐标系中的坐标位置和银心距离/kpc

续表1

2 分析讨论

2.1 银河系球状星团的二维分布研究 由文献〔6〕中球状星团银经、银纬的经纬度值绘制得到150个球状星团在银河系中的银经银纬位置分布图，见图2。

图2 样本球状星团随银经，银纬位置分布图

根据图2可知：①样本球状星团不均匀地分布在银河系中不同的经纬度位置，高纬度和低纬度区域分布较少，94%的球状星团分布在银纬－50°～+50°之间，但明显地显示分布在两个集中区域，它们分别是银经0°～60°，银纬－30°～+30°之间，简称Ⅰ区域；银经300°～360°，银纬－30°～+30°之间，简称Ⅱ区域。②两个球状星团集中分布的区域中，Ⅰ区域要比Ⅱ区域分布密度大，Ⅰ区域分布有59个球状星团，Ⅱ区域分布有48个球状星团；尤其值得注意的是，在银纬+50°～+70°度之间出现了球状星团真空带，是没有观测到呢，还是在这一带中确实不存在球状星团；还有，在银纬－50°～－70°之间也只分布有两个球状星团，分别是NGC7492和NGC1261。为什么在此纬度范围中很少或没有球状星团，是个值得关注的问题。

根据样本球状星团的银经和银纬度分布情况绘制了球状星团随银经度的数量分布直方图和球状星团随银纬度的数量分布直方图，分别如图3、图4所示。

图3显示，球状星团主要集中分布在银经0°～75°和230°～360°之间，分别在银经10°和350°出现了两个分布峰值，此两峰值直观地显示了本文2.1中所阐述的两个集中分布区域的分布密度大小。图4则说明，球状星团主要分布在银纬－50°～+50°的条带上面。在此条带以外，只有9个球状星团，只占样本球状星团的6%。

图3 样本球状星团数量随银经位置分布图

图4 样本球状星团数量随银纬位置分布图

2.2 球状星团的三维分布研究 按照Zinn〔11〕和Armondroff〔12〕对银河系球状星团的研究结果，他们把银河系球状星团分为晕族和盘族两类球状星团子系，其中晕族球状星团子系在空间分布呈球型，性质类似于晕族场星，而盘族球状星团子系的性质类似于盘族场星，这些结论已被大量观测和理论所证实。此外，观测表明，球状星团沿径向数密度分布按照ρ∝R－3.5gc的规律变化〔5〕。所以，大部分球状星团，特别是晕族星团，分布在银心距10kpc以内，并且相对于星系中心呈球对称分布。

根据表1球状星团的银心坐标系分量，绘制了样本球状星团的三维空间分布图，如图5所示。图示表明，样本星团相对于银心呈球对称分布的特点，而且集中在银盘附近，有占样本68.7%的球状星团集中分布在距离银心10kpc以内，此结果与Zinn等人〔11－12〕的结论一致，即样本中大部分球状星团距银心较近。

2.3 球状星团随银心距离的分布研究 仔细分析表1银心距数据发现，绝大多数球状星团都集中分布在银心附近。距银心最近的球状星团编号为Terzan2，银心距为0.68kpc，最远的球状星团编号为AM1，距离银心123.33kpc，图6给出球状星团数量随银心距离分布直方图。经统计，有103个球状星团集中分布在距离银心10kpc以内，占样本68.7%，这与Zinn和Armondroff的研究结果一致，见本文2.2所述，由此可初步判断这103个球状星团属晕族星团；若从银心延伸到30kpc以内统计，则有140个球状星团集中分布在此范围内，占样本球状星团的93.3%；30kpc到125kpc这么大尺度范围只有10个星团，仅占样本的6.7%，特别在距银心40kpc到65kpc和70kpc到90kpc之间没有球状星团，出现了两道宽度约为20kpc的“裂口”，此结果与文献〔5〕中林清等人所阐述的情况一致。

图5 样本球状星团在银心坐标系中的三维空间分布图

图6 球状星团数量随银心距离分布图

3 结论

采用Harris2003年公布的《银河系球状星团参数表》（网络版）中150个球状星团作为样本，归算得出了各样本球状星团在银心坐标系中的空间位置和银心距离，并对其进行深入研究。结果表明：①94%的球状星团分布在银纬－50°～+50°之间，银纬+50°～+70°度之间和银纬－50°～－70°之间几乎没有球状星团；②球状星团相对集中分布在文中所述Ⅰ、Ⅱ两个区域中，分别在银经10°和350°出现了两个分布峰值；③样本球状星团中，最近球状星团的银心距为0.68kpc，最远球状星团的银心距为123.33kpc，68.7%的样本球状星团分布在距银心10kpc以内，研究样本相对银心呈球对称分布。

〔1〕赵君亮.银河系的形成和演化〔J〕.物理，2007，36（11）：833－839.

〔2〕赵君亮.银河系的结构和演化〔J〕.自然杂志，2005，27（1）：25－28.

〔3〕武振宇，陈力，王家骥.银河系中球状星团的空间运动〔J〕.天文学进展，2000，18（1）：75.

〔4〕李茂材，李忠木，李汝烯，等.星系的星族合成研究〔J〕.大理学院学报，2009，8（8）：40.

〔5〕林清，赵君亮.球状星团的形成和演化（I）：观测特征〔J〕.天文学进展，2001，19（4）：477－478.

〔6〕HarrisW.E.Galactic Globular Cluster Database〔DB/OL〕.（2003－02－01）〔2010－09－10〕.http://www.physics. mcmaster.ca/～harris/mwgc.dat.

〔7〕Harris,W.E.A.Catalog of Parameters for Globular Clusters in the MilkyWay〔J〕.Astronomical Journal,1996,112（10）：1487.

〔8〕HarrisW.E.The parameters of globular clusters in the Milky Way galaxy〔DB/OL〕.（1999－06－01）〔2010－09－10〕. http：//www.physun.physics.mcmaster.ca/Globular.htm l 1999.

〔9〕紫金山天文台.2000年天文年历〔M〕.北京：科学出版社，1999.

〔10〕王龙，周洪楠.银河系中球状星团的空间分布和轨道运动〔J〕.天文学报，2002，43（3）：304－305.

〔11〕Zinn R.The globular cluster system of the galaxy〔J〕. Astrophysical Journal,1985,293（6）：424－444.

〔12〕Armandroff,Taft E.The properties of the disk system of globular clusters〔J〕.Astronomical Journal,1989，97（2）：375－389.

Study on Space Distribution of 150 G lobular Clusters in the Galaxy

LIMaocai，LIZhongmu
（Institute of Astronomy and History of Science and Technology,DaliUniversity,Dali,Yunnan 671003,China）

The distributions of 150 globular clusters in the Galaxy are analyzed under the galactic coordinate system.The results show that:（1）The 94%globular clusters are located in galactic latitude-50°～+50°,while there are few globular clusters among galactic latitude+50°～+70°and-50°～-70°;（2）There are two peaks atgalactic longitude 10°and 350°;（3）The nearestand furthest globular clusters are 0.68kpc and 123.33kpc away from galactic center,and about 68.7%star clusters are located in 10kpc from galactic center.All of the sample star clusters presenta spherical symmetrical distribution around the galactic center.

the Galaxy；globular clusters；space distribution

P152.2

A

1672-2345（2010）10-0015-05

国家自然科学基金资助项目（10963001）；云南省教育厅科研基金资助项目（09Y0369）

2010－09－11

李茂材，副教授，主要从事星系演化合成研究.

（责任编辑 董 杰）