郭守敬望遠(yuǎn)鏡。受訪者供圖

銀河系的形成與演化是個(gè)令人著迷的科學(xué)問(wèn)題。天文學(xué)界此前認(rèn)為，銀河系是通過(guò)不斷“吞并”附近的矮星系壯大的。近日，一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)為銀河系“吞并”矮星系提供了新證據(jù)。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)領(lǐng)導(dǎo)的中日合作研究團(tuán)隊(duì)，首次在銀河系發(fā)現(xiàn)了一顆奇特的恒星。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析其“DNA”發(fā)現(xiàn)，這顆恒星并非銀河系“原住民”，而是被銀河系吸入瓦解的矮星系“外來(lái)移民”。

■ 看點(diǎn)

分析恒星光譜破解“身世”之謎

天文學(xué)家首次在銀河系發(fā)現(xiàn)一顆來(lái)自矮星系的“外來(lái)移民”，為銀河系“吞并”矮星系提供了確切可靠的化學(xué)證據(jù)，這一研究發(fā)現(xiàn)將加深人類對(duì)星系形成和演化的認(rèn)識(shí)。研究成果于北京時(shí)間4月30日獲國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·天文》(Nature Astronomy)在線發(fā)表。

銀河系這樣的大型星系通常被認(rèn)為是并合矮星系形成的。然而銀河系中有多少恒星來(lái)自矮星系?這些恒星具有什么樣的特征?天文學(xué)家對(duì)此仍知之甚少。

依托郭守敬望遠(yuǎn)鏡提供的海量光譜數(shù)據(jù)，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)領(lǐng)導(dǎo)的中日合作研究團(tuán)隊(duì)，在銀河系暈內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一顆距離地球約2.2萬(wàn)光年的特殊恒星。

這顆恒星是如何被注意到的?論文第一作者、國(guó)家天文臺(tái)助理研究員邢千帆介紹，郭守敬望遠(yuǎn)鏡獲取了數(shù)百萬(wàn)顆恒星的光譜，研究人員測(cè)量了其中數(shù)十萬(wàn)顆恒星鎂元素含量，從中發(fā)現(xiàn)了100多顆鎂元素含量低的恒星。

邢千帆進(jìn)一步解釋，恒星很大程度上保留了它誕生時(shí)所處環(huán)境的化學(xué)成分，通過(guò)分析恒星的化學(xué)成分可以追溯它們的起源。恒星光譜就像是恒星的DNA，通過(guò)光譜，天文學(xué)家可以確定恒星的光度、溫度、化學(xué)組成等，破解這顆恒星的“身世之謎”。

邢千帆介紹，這顆恒星銀、銪、金、鈾等重元素含量非常高。尤其是銪含量，大大超出銀河系中普通恒星平均值，目前在銀暈中僅發(fā)現(xiàn)30多顆該類型恒星。

化學(xué)成分與矮星系恒星高度吻合

“一高一低，兩個(gè)特點(diǎn)集合在一顆恒星上，這是非常新奇的。這也是國(guó)際上首次在銀河系中發(fā)現(xiàn)低鎂的重元素超豐恒星。”邢千帆說(shuō)。

“鎂元素含量低，我們已經(jīng)可以基本判定它來(lái)自矮星系。”邢千帆解釋，同時(shí)這顆恒星的其他元素(包括硅、鈣和鈦等元素)的含量也異常低，僅為銀河系中普通恒星的五分之一，而具有類似化學(xué)成分的恒星在銀河系近鄰矮星系中普遍存在。

為了完全確認(rèn)這一結(jié)論，研究團(tuán)隊(duì)基于8米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡高分辨率光譜聯(lián)合觀測(cè)，確定了這顆恒星中24種元素的含量，并與矮星系恒星和銀暈中的場(chǎng)星進(jìn)行細(xì)致比較。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，這顆恒星的化學(xué)成分與矮星系恒星高度吻合，明顯不同于銀河系的暈族恒星。這意味著，這顆恒星來(lái)自于被銀河系瓦解的矮星系，是銀河系并合事件的可靠化學(xué)證據(jù)。

邢千帆說(shuō)，天文學(xué)家們一直在努力尋找矮星系被銀河系“吞并”的證據(jù)，這項(xiàng)工作在這方面取得了實(shí)質(zhì)性研究進(jìn)展。

進(jìn)一步分析顯示，這顆恒星是在其原屬的矮星系經(jīng)歷了極為罕見(jiàn)的中子星并合事件之后形成的。邢千帆稱，關(guān)于快中子俘獲過(guò)程元素的來(lái)源，之前有兩種猜測(cè)，一種認(rèn)為是超新星爆發(fā)產(chǎn)生的，一種認(rèn)為是中子星并合產(chǎn)生的。作為一顆重元素含量超高的恒星，它的發(fā)現(xiàn)也為中子星并合是快中子俘獲過(guò)程元素的主要來(lái)源提供了證據(jù)支持。

■ 釋疑

銀河系還會(huì)繼續(xù)變大嗎?

銀河系包含有數(shù)千億顆恒星，它是如何形成和演化的?邢千帆介紹，銀河系是通過(guò)矮星系(小型星系)并合形成的，矮星系是光度最弱的一類星系。最初，小型星系與氣體云聚集在一起并融合形成了原始雛形的銀河系。銀河系的氣體云中又誕生了新的恒星，這種類似于“開(kāi)疆元老”的恒星被認(rèn)為是銀河系“原住民”。

當(dāng)銀河系成長(zhǎng)為大型星系后，處于演化階段再吞并的矮星系被認(rèn)為是“外來(lái)移民”。

當(dāng)矮星系的軌道與銀河系較為接近甚至相交時(shí)，面對(duì)銀河系的強(qiáng)大引力，盡管矮星系不斷掙扎，終究逃脫不了被銀河系瓦解、吞并的命運(yùn)。矮星系的原有恒星最終“投奔”了銀河系。“最著名的是人馬座星流，銀河系正在與人馬座矮星系發(fā)生并合。”邢千帆稱，另外，仙女座星系正在靠近銀河系，有研究人員預(yù)言它們會(huì)發(fā)生碰撞并合，形成一個(gè)更大的橢圓星系。

邢千帆說(shuō)，目前銀河系周圍已發(fā)現(xiàn)了數(shù)十個(gè)幸存的矮星系，所以銀河系還將通過(guò)并合矮星系增大。不過(guò)，無(wú)論是銀河系吞并矮星系，抑或是與其他星系并合，都不會(huì)對(duì)地球造成大的影響。“恒星間的距離遠(yuǎn)大于它們的大小，星系碰撞并合并不是恒星真的發(fā)生碰撞。”

■ 揭秘

“郭守敬”可同時(shí)觀測(cè)4000個(gè)天體

在位于河北省的中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)興隆觀測(cè)站，一座巨大的白色建筑斜架在燕山主峰南麓，指向天空，這就是新類型的大視場(chǎng)兼?zhèn)浯罂趶酵h(yuǎn)鏡——郭守敬望遠(yuǎn)鏡(大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡，英文縮寫(xiě)LAMOST)。

郭守敬望遠(yuǎn)鏡作為國(guó)家重大科學(xué)工程，2001年9月開(kāi)工，造價(jià)2.35億元。2010年4月，被正式冠名為“郭守敬望遠(yuǎn)鏡”。

郭守敬望遠(yuǎn)鏡的建成，突破了天文望遠(yuǎn)鏡大視場(chǎng)與大口徑難以兼得的難題，成為目前國(guó)際上口徑最大的大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡，可同時(shí)觀測(cè)4000個(gè)天體。

2012年9月，郭守敬望遠(yuǎn)鏡正式開(kāi)始科學(xué)巡天。目前已獲取數(shù)百萬(wàn)顆恒星光譜，幫助天文學(xué)家對(duì)銀河系恒星進(jìn)行“人口普查”，發(fā)現(xiàn)那些源自矮星系的恒星，為研究銀河系中外來(lái)恒星的占比、空間分布、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征提供數(shù)據(jù)支持。

去年6月，郭守敬望遠(yuǎn)鏡完成七年的巡天，成為世界上第一個(gè)獲取光譜數(shù)超千萬(wàn)的光譜巡天項(xiàng)目。今年3月，七年巡天“作業(yè)”交出，包含先導(dǎo)巡天及前六年正式巡天的DR6數(shù)據(jù)集。目前，中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、比利時(shí)、丹麥等國(guó)家和地區(qū)的124所科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)的用戶正在利用這些數(shù)據(jù)開(kāi)展研究工作，探索宇宙奧秘。(記者 張璐)

關(guān)鍵詞： 恒星光譜