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给银河系外来客做个“DNA鉴定”
2017-11-09 16:07:09 
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银河系周围的星流 NASA 近日,一条“国家天文台在银河系发现新星流”的消息成了天文领域的热点新闻。 国家天文台研究员赵刚领导的研究团队,根据恒星运动特征和化学特征发现了银河系并合形成的新证据。他们发现了7个源自银河系并合过程的新星流以及33颗所谓“低α丰度恒星”。这些星流和低α丰度恒星被认为源自于银河系附近的矮星系。 这条几百字的简短新闻却引发了广泛关注,天文爱好者们纷纷发问:星流是什么?银河系这是发生了啥? 记录星系形成的化石 星流是指在位置、运动学或化学性质等方面具有共同本质特征的一群恒星,因其在空间中呈现长条形水流状分布得名。根据万有引力定律, 宇宙中的小星系一旦靠近巨星系,就会受到强大的引力潮汐作用,并逐渐被扭曲、瓦解,形成纤细而壮观的星流。根据天文学家的理论研究估计,在银河系存在着200到500个星流。 如果追根溯源,会发现这些星流通向不同的发源地。作为“外来者”的它们从哪里来,为什么来到了银河系,什么时间来的?这些一直都是天文学家不断追寻的科学问题。赵刚在接受科技日报记者采访时说:“这些星流像化石一样,记录着星系的组装过程,搞清楚它们的来源就能了解银河系形成的历史。” 从古至今,全世界的人们对于银河系都有超乎寻常的热情。不管是古罗马、欧洲,还是古代中国,甚至美洲印第安人部落,都有许多关于银河系的传说,然而人类对银河系的科学研究和了解却是近代才开始的。 赵刚介绍,1978年澳大利亚天文学家提出银河系并合形成模型,这为星流的存在提供了理论依据,直到1991年,天文学家才第一次真正观测到星流。 由于“土著居民”相对均匀地分布在银河系中,而且相对星流来说数量更多,作为外来者的星流几乎无法从点点繁星中突显出来,也就很难被发现。更糟糕的是,经历了长达几十亿、甚至上百亿年的运动之后,星流中的恒星会散落到空间中的不同位置,融入银河系的大家庭中。庆幸的是,日新月异的天文技术能让天文学家藉着恒星运动的微妙线索,在茫茫星海之中找到这些“星际移民”的蛛丝马迹。 它们是怎么被发现的 赵刚和他的同事们提出,随时间的演化,星流会经历三种形态——早期形态、中期形态和晚期形态。当星流处于早期形态时,它们在物理空间上还是聚集在一起,观测的图像上会显示出一条密度带。这种空间成团的星流通过成像观测,并采用简单的滤波匹配技术,就很容易被发现。当星流演化到中期形态时,由于经历了长期的银河系潮汐力的扭曲和瓦解,它们的成员星隐藏在银河系的各个角落,因此探测难度大大增加。只能通过小波技术等先进方法,才可能探测到在运动学特征方面有密切相似性的成员星。到了演化晚期形态,星流的成员星完全游弋于浩渺的银河系中,只有通过细致的光谱分析获得它们携带的母星系的化学印迹,就像做DNA鉴定,才能识别出来。因此,其探测被天文学界公认为“难啃的骨头”。 直到现在,在预计存在的200到500个星流中,天文学家观测到的最多不过六七十个。但是这一次,赵刚团队在运动学空间发现了7个源自银河系并合过程的新星流,发现了33颗丰度不同于普通恒星的所谓“低α丰度恒星”。前者属于探测难度颇高的中期形态星流,后者属于晚期形态星流,正是最“难啃的骨头”。 “所谓α丰度,是指恒星中氧、镁、硅、钙以及钛这几种α族元素的含量。”国家天文台研究员赵景昆告诉科技日报记者,银河系恒星的α丰度比周围小个头矮星系中恒星的α丰度要高。因此,这个参数某种程度上能说明它们的“出身”。 庆幸的是,结果让他们欣慰。毕竟,他们在运动学空间发现的7个新星流,是国际同行发现总数的一半;在化学空间,他们发现的33颗“低α丰度恒星”,是国际同行发现总数的两倍。 盖亚卫星将带来新发现 在星系天文学中,银河系具有不可替代的重要地位。就单个星系而言,人类对银河系的观测资料最为丰富。由银河系得出的结论可以作为探索河外星系的基础。因此,人们对银河系的研究格外重视。 国家天文台此次的新发现一经公布,就有不少网友在网络上讨论,这次发现为什么这么多人关注?对研究银河系有什么用? “中晚期星流的观测和研究是我们理解银河系非常重要的证据,就好像‘人口普查’,我们知道每一颗星是从哪里来的,才有可能知道在漫长的岁月里,银河系曾经发生了什么。”赵刚说。 这就不得不提到一个著名的天文学问题——“矮星系缺失之谜”。理论模拟表明,银河系中可能存在着几百个星流,但在银晕中只观测发现14个运动学空间成团的星流。即使加上空间成团的几十个星流,观测与理论在星流数量上还是存在巨大的量级差别。这个问题使得银河系形成问题变得更加扑朔迷离。 这一次,赵刚研究团队新发现的星流不仅缩小了理论与观测的差距,而且证实了潮汐瓦解的星流在经历十几亿年的演化后,仍然可以在运动学空间找到它们具有共同起源的痕迹,从而开辟了利用大型光谱巡天数据在运动学空间探测星流的新方法。 研究团队成员、国家天文台助理研究员邢千帆告诉科技日报记者,这次研究都是基于LAMOST银河系光谱巡天数据进行的。明年,欧洲航天局发射的“盖亚”卫星将会有新的数据发布,“盖亚”卫星的观测包括了银河系内的约10亿颗恒星的精确观测数据。届时,研究人员进行新的分析研究,预期一定会有新的重要发现。
本文来源:科技日报 责任编辑:LY006
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