中国LAMOST破解银河系“吞噬”矮星系之谜

图为中国国家天文杂志绘制的新发现的这颗银河系“外来移民”示意图。不断成长的银河系是如何瓦解、吞噬其周围矮星系的?怎样分辨银河系中的恒星是“原住民”还是“外来移民”?中国天文学家主导的一项重大科学发现及研究成果,顺利破解了这些谜题。

基于中国国家重大科技基础设施——郭守敬望远镜(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,英文缩写LAMOST)巡天数据最新发现并研究证实,银河系内一颗距离地球约2.2万光年、重金属元素含量超高的恒星,是形成于矮星系、携带“重金”(铕、铀、金等重元素)投奔银河系的“外来移民”。

由中国科学院国家天文台赵刚研究员领导中日合作研究团队完成的这项重大天文发现及研究成果,已于北京时间4月30日凌晨获国际权威学术期刊《自然·天文》在线发表。

论文第一作者、中科院国家天文台邢千帆博士科普解读说,天文学家发现恒星很大程度上保留了它诞生时所处环境的化学成分,因此无论形成后的恒星何去何从,它们身上携带的化学成分就像生命密码DNA一样,可以作为天文学家揭秘恒星起源的重要线索。

银河系的形成和演化一直是天文学家探究的热门问题,天文界普遍认为宇宙中一开始有很多小分子云,这些分子云各自形成很小的包含恒星和气体的矮星系,这些矮星系不断碰撞合并形成更大的星系,也就是银河系的雏形,这个初始的银河系通过不断“吞噬”周围的矮星系逐渐形成了现在规模的银河系,而且,银河系还在持续演化的过程之中。

天文学家们一直在努力寻找矮星系被银河系“吞噬”的证据,以分辨银河系现有恒星中,哪些是“原住民”,哪些是来自于近邻矮星系的“外来移民”?从而推动银河系形成与演化的研究。

依托目前世界上光谱获取率最高的天文望远镜LAMOST巡天7年所获取的逾千万条光谱数据,研究团队在银河系中发现了一颗快中子俘获过程元素含量超高的重金属恒星,这颗恒星的铕相对于铁的比率是太阳的10倍之多,大大超出同类恒星的平均值,同时,它携带大量包括金、铀等在内的重元素,堪称银河系中的“金库”,目前,天文学家在银河系中仅发现30余颗该类恒星。

最新发现的这颗特殊恒星来自哪里?研究团队决定对这颗身份可疑、重金属元素含量超高的恒星开展阿尔法元素(包括镁、硅、钙和钛等元素)含量的DNA鉴定,经测量,其阿尔法元素含量异常低,仅为同类恒星的1/5,而具有类似化学成分的恒星在银河系近邻矮星系中却普遍存在,因此初步断定,这颗恒星是银河系并合矮星系时带来的“外来移民”。

为进一步确认其“外来移民”身份,研究团队又通过日本国立天文台8米光学望远镜进行高分辨率光谱观测,确定了该恒星24种元素的含量,并分别与矮星系恒星和银河系恒星进行细致比较,对比发现这颗恒星的化学成分与矮星系恒星高度吻合,明显不同于银河系恒星。进一步分析还发现,该恒星超高的重金属元素含量是由于其原属的矮星系经历了非常稀有的中子星并合事件。至此,这颗“低调”藏身于银河系外围的恒星真实身份被揭晓:是一个来自于近邻矮星系,携带“重金”投奔银河系的“外来移民”。

邢千帆表示,银河系现有数千亿颗恒星,目前初步估算在银河系靠外的区域“外来移民”恒星占比可达20%以上。下一步,研究团队将以此次最新发现及研究成果为模本,通过恒星化学成分分析,对银河系恒星进行“人口普查”,为人类进一步研究、认知银河系的形成与演化奠定基础。

破解银河系“吞噬”矮星系之谜,LAMOST的作用至关重要。作为论文通讯作者,赵刚研究员指出,LAMOST光谱巡天已成为目前世界上天区覆盖最完备、巡天体积和采样密度最大、统计一致性最好、样本数量最多的天文光谱数据集,将为研究银河系的形成与演化提供强有力的基础性数据。利用LAMOST千万条光谱,天文学家将在银河系结构、恒星物理、河外天体等研究领域取得更多重要研究成果。

他还透露,中科院国家天文台科研团队近期正在利用LAMOST数据开展对恒星级黑洞的研究,“让我们期待在不久的未来,上演LAMOST与黑洞的‘传奇故事’”。 (据中新网)

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