——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報(bào)
一提到銀河系,人們往往會(huì)聯(lián)想起一個(gè)靜謐、美麗的銀色圓盤。對(duì)于這個(gè)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?4月30日,《自然—天文》在線發(fā)布了我國天文學(xué)家主導(dǎo)的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn),打破了人們的認(rèn)知。
由中國科學(xué)院國家天文臺(tái)領(lǐng)導(dǎo)的中日合作研究團(tuán)隊(duì),首次發(fā)現(xiàn)了銀河系中存在一顆非常奇特的恒星。在揭開它的“身世”之謎后,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),它竟是銀河系將附近的矮星系吞掉后“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(gè)令人著迷的科學(xué)問題。天文學(xué)家傾向于認(rèn)為,擁有恒星數(shù)量較少且總體質(zhì)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。之后,這個(gè)初始的銀河系不斷吞噬附近的矮星系,最終形成了今天的銀河系。
“銀河系里有數(shù)千億顆恒星,到底哪些是銀河系原有的‘土著居民’,哪些是來自近鄰矮星系的‘外來移民’?科學(xué)家一直在尋找這方面的證據(jù)?!闭撐牡谝蛔髡摺⒅锌圃簢姨煳呐_(tái)助理研究員邢千帆說。
依托于我國重大科技基礎(chǔ)設(shè)施LAMOST望遠(yuǎn)鏡的光譜數(shù)據(jù),研究團(tuán)隊(duì)在銀暈中發(fā)現(xiàn)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(duì)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(gè)銀暈中僅發(fā)現(xiàn)了30余顆。如此稀有的恒星,引發(fā)了他們的強(qiáng)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(yuǎn),想要研究它們就得另辟蹊徑。得益于19世紀(jì)德國光學(xué)儀器師夫瑯和費(fèi)發(fā)現(xiàn)的太陽光譜,人類才開啟了探索恒星化學(xué)豐度的大門。
恒星光譜就像是恒星的指紋,有了光譜,天文學(xué)家可以確定恒星的溫度和光度,推斷出它的大小、年齡、化學(xué)豐度,甚至可以重現(xiàn)這顆恒星的“星路”歷程。
而獲取光譜,正是LAMOST望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(xué)家探索銀河系形成與演化及星系物理等前沿科學(xué)的種種奧秘提供了最有力的數(shù)據(jù)支持。
論文通訊作者、中科院國家天文臺(tái)研究員、LAMOST運(yùn)行和發(fā)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(zhì)量分布,因此它們的成員星也具有相似的化學(xué)特征?!八酝ㄟ^研究銀河系附近矮星系成員星的化學(xué)組成,我們便能獲知矮星系家族里恒星的化學(xué)特征,從而像做DNA鑒定一樣,把銀河系內(nèi)來自矮星系的恒星給篩選出來。”
研究人員發(fā)現(xiàn),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(huì)明顯低于銀暈內(nèi)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(fā)現(xiàn),之前那顆身份“可疑”的“土豪”星,不但重元素含量超高,α元素含量也異常低,僅相當(dāng)于銀河系內(nèi)同類恒星的1/5,卻與銀河系附近外矮星系里的恒星相似。
至此,科學(xué)家初步判斷:這顆恒星屬于“外來人口”,是銀河系吞噬矮星系時(shí)順便擄進(jìn)來的“移民”。
身份揭曉
為了進(jìn)一步確認(rèn)其“外來移民”的身份,中國科學(xué)家借助日本的8米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行高分辨率光譜觀測,確定了這顆星更為準(zhǔn)確的化學(xué)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(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。
“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?!毙锨Хf。
整個(gè)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(gè)矮星系原本安分守己地生活在銀河系周圍,突然經(jīng)歷了一次非常稀有的中子星并合事件。這個(gè)事件的直接后果就是產(chǎn)生了大量重元素,于是便形成了這顆很“珍貴”的恒星。
隨著時(shí)間的推移,這顆恒星所居住的“矮星系國”實(shí)在沒辦法和強(qiáng)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(jìn)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(xué)證據(jù),而銀河系中已發(fā)現(xiàn)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(tái)副臺(tái)長薛隨建認(rèn)為,此次的研究成果證實(shí)了LAMOST望遠(yuǎn)鏡巡天普查的能力,也說明在天文領(lǐng)域開展國際合作,把國際上先進(jìn)的天文資源為我所用,是取得天文學(xué)重大突破的重要途徑之一。
相關(guān)論文信息:https://www.nature.com/articles/s41550-019-0764-5
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