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    作者:邢千帆等 來源:《自然—天文》 發布時間:2019/5/13 13:16:44
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    科學家發現奇特恒星身世之謎
    ——來自于被銀河系合并的矮星系

    新發現的銀河系“外來移民”示意圖(中國國家天文/繪制)

    一提到銀河系,人們往往會聯想起一個靜謐、美麗的銀色圓盤。對于這個神秘壯觀的星系,人們賦予了許多美好的想象。

    可這是銀河系的“真面目”嗎?北京時間2019年4月30日凌晨,國際科學期刊《自然—天文》在線發布了我國天文學家主導的一項重要發現,打破了人們的認知。

    由中國科學院國家天文臺領導的中日合作研究團隊,首次發現了銀河系中存在一顆非常奇特的恒星,在揭開了它的“身世”之謎后,科學家發現,它竟是銀河系將附近的矮星系吞掉之后“掠奪”過來的。

    銀河系里的“小金庫”

    銀河系的形成與演化一直是一個令人著迷的科學問題,天文學家傾向于認為,擁有恒星數量較少且總體質量較小的矮星系不斷碰撞合并,形成更大的星系,也就是銀河系的雛形。然后,這個初始的銀河系不斷地吞噬附近的矮星系,最終形成了今天的銀河系。

    “銀河系里有數千億顆恒星,到底哪些是銀河系原有的‘土著居民’,哪些是來自于近鄰矮星系的‘外來移民’?科學家一直在尋找這方面的證據。”論文第一作者、中科院國家天文臺助理研究員邢千帆說。

    依托于我國重大科技基礎設施LAMOST望遠鏡的光譜數據,研究團隊在銀暈中發現了一顆非常特別的恒星,它的銀、銪、金、鈾等貴金屬的含量特別高,堪稱銀河系里的“小金庫”。

    比如在在地殼中含量僅有0.000106%、被稱為最稀有元素的銪,在這顆恒星中相對于鐵的比率是太陽的10倍之多,大大超過了同類恒星的平均值,可謂是“土豪”無疑了。

    像這類恒星,研究人員在整個銀暈中僅發現了30余顆,如此稀有的恒星,引發了他們的強烈好奇——這顆星星究竟來自哪里?

    來自星星的DNA

    銀河系里的星星距離人類是如此遙遠,想要研究它們就得另辟蹊徑。得益于十九世紀德國光學儀器師夫瑯和費發現的太陽光譜,人類才開啟了探索恒星化學豐度的大門。

    恒星光譜就像是恒星的指紋,有了光譜,天文學家可以確定恒星的溫度和光度,推斷出它的大小、年齡、化學豐度,甚至可以重現這顆恒星的“星路”歷程。

    而獲取光譜,正是LAMOST望遠鏡最擅長的事。作為目前世界上光譜獲取率最高的天文望遠鏡,LAMOST巡天七年,共獲取了1125萬條光譜,這些星光里的“彩虹”為天文學家探索銀河系形成與演化及星系物理等前沿科學的種種奧秘提供了最有力的數據支持。

    論文通訊作者、中科院國家天文臺研究員、LAMOST運行和發展中心主任趙剛解釋稱,被銀河系“吃掉”的矮星系與目前“幸存”的矮星系具有相近的質量分布,因此它們的成員星也具有相似的化學特征。“所以通過研究銀河系附近矮星系成員星的化學組成,我們便能獲知矮星系家族里恒星的化學特征,從而像做DNA鑒定一樣,把銀河系內來自矮星系的恒星給篩選出來。”

    研究人員發現,銀河系近鄰矮星系的成員星中的α元素(鎂、硅、鈣和鈦等)含量會明顯低于銀暈內恒星的平均值,便將其作為一條“生命密碼”開展了鑒定工作。

    無巧不成書,他們發現,之前那顆身份“可疑”的“土豪”星,不但重元素含量超高,α元素含量也異常的低,僅相當于銀河系內同類恒星的1/5,但卻與銀河系附近外矮星系里的恒星相似。

    至此,科學家得到了初步判斷:這顆恒星屬于“外來人口”,是銀河系吞噬矮星系時順便擄進來的“移民”。

    身份揭曉

    為了進一步確認其“外來移民”的身份,中國科學家借助日本的8米光學望遠鏡進行了高分辨率光譜觀測,確定了這顆星更為準確的化學豐度。

    研究人員獲取了其全身上下24種元素的含量,并分別與矮星系恒星和銀暈場星進行了細致比較。對比發現,這顆恒星的化學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。

    “通過這種DNA‘親子鑒定’,這顆奇特恒星的‘身世’和‘家族史’終于浮出水面,它果然是來自于被銀河系瓦解的矮星系。”邢千帆說。

    整個過程就像一部好萊塢大片一樣充滿著戲劇性:很久很久以前,這個矮星系原本安分守己地生活在銀河系周圍,突然經歷了一次非常稀有的中子星并合事件。這個事件的直接后果就是產生了大量的重元素,于是便形成了這顆很“珍貴”的恒星。

    隨著時間的推移,這顆恒星所居住的“矮星系國” 實在沒辦法和強大的“銀河系國”相抗衡,最終在不斷地撕扯掙扎中,被銀河系征服、吞噬,而這顆“貴金屬”恒星也隨之被吸納進來,成為銀河系的“新移民”。

    這一研究成果為銀河系并合矮星系提供了清晰的化學證據,而銀河系中已發現的30多顆及LAMOST光譜巡天新增的90多顆同類恒星,極有可能全部來自于被銀河系瓦解掉的矮星系。

    中科院國家天文臺副臺長薛隨建認為,此次的研究成果證實了LAMOST望遠鏡巡天普查的能力,也說明在天文領域開展國際合作,把國際上先進的天文資源為我所用,是取得天文學重大突破的重要途徑之一。(來源:科學網  丁佳 黃京一)

    相關論文信息:DOI:https://doi.org/10.1038/s41550-019-0764-5

     

     
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