郭守敬望遠鏡。受訪者供圖

銀河系的形成與演化是個令人著迷的科學問題。天文學界此前認為，銀河系是通過不斷“吞并”附近的矮星系壯大的。近日，一項新發(fā)現為銀河系“吞并”矮星系提供了新證據。中國科學院國家天文臺領導的中日合作研究團隊，首次在銀河系發(fā)現了一顆奇特的恒星。研究團隊通過分析其“DNA”發(fā)現，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“外來移民”。

■ 看點

分析恒星光譜破解“身世”之謎

天文學家首次在銀河系發(fā)現一顆來自矮星系的“外來移民”，為銀河系“吞并”矮星系提供了確切可靠的化學證據，這一研究發(fā)現將加深人類對星系形成和演化的認識。研究成果于北京時間4月30日獲國際權威學術期刊《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為是并合矮星系形成的。然而銀河系中有多少恒星來自矮星系?這些恒星具有什么樣的特征?天文學家對此仍知之甚少。

依托郭守敬望遠鏡提供的海量光譜數據，中國科學院國家天文臺領導的中日合作研究團隊，在銀河系暈內發(fā)現了一顆距離地球約2.2萬光年的特殊恒星。

這顆恒星是如何被注意到的?論文第一作者、國家天文臺助理研究員邢千帆介紹，郭守敬望遠鏡獲取了數百萬顆恒星的光譜，研究人員測量了其中數十萬顆恒星鎂元素含量，從中發(fā)現了100多顆鎂元素含量低的恒星。

邢千帆進一步解釋，恒星很大程度上保留了它誕生時所處環(huán)境的化學成分，通過分析恒星的化學成分可以追溯它們的起源。恒星光譜就像是恒星的DNA，通過光譜，天文學家可以確定恒星的光度、溫度、化學組成等，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30多顆該類型恒星。

化學成分與矮星系恒星高度吻合

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

“鎂元素含量低，我們已經可以基本判定它來自矮星系。”邢千帆解釋，同時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。

為了完全確認這一結論，研究團隊基于8米光學望遠鏡高分辨率光譜聯合觀測，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星進行細致比較。

對比發(fā)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。這意味著，這顆恒星來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證據。

邢千帆說，天文學家們一直在努力尋找矮星系被銀河系“吞并”的證據，這項工作在這方面取得了實質性研究進展。

進一步分析顯示，這顆恒星是在其原屬的矮星系經歷了極為罕見的中子星并合事件之后形成的。邢千帆稱，關于快中子俘獲過程元素的來源，之前有兩種猜測，一種認為是超新星爆發(fā)產生的，一種認為是中子星并合產生的。作為一顆重元素含量超高的恒星，它的發(fā)現也為中子星并合是快中子俘獲過程元素的主要來源提供了證據支持。

■ 釋疑

銀河系還會繼續(xù)變大嗎?

銀河系包含有數千億顆恒星，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“開疆元老”的恒星被認為是銀河系“原住民”。

當銀河系成長為大型星系后，處于演化階段再吞并的矮星系被認為是“外來移民”。

當矮星系的軌道與銀河系較為接近甚至相交時，面對銀河系的強大引力，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。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，有研究人員預言它們會發(fā)生碰撞并合，形成一個更大的橢圓星系。

邢千帆說，目前銀河系周圍已發(fā)現了數十個幸存的矮星系，所以銀河系還將通過并合矮星系增大。不過，無論是銀河系吞并矮星系，抑或是與其他星系并合，都不會對地球造成大的影響。“恒星間的距離遠大于它們的大小，星系碰撞并合并不是恒星真的發(fā)生碰撞。”

■ 揭秘

“郭守敬”可同時觀測4000個天體

在位于河北省的中國科學院國家天文臺興隆觀測站，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兼?zhèn)浯罂趶酵h鏡——郭守敬望遠鏡(大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，英文縮寫LAMOST)。

郭守敬望遠鏡作為國家重大科學工程，2001年9月開工，造價2.35億元。2010年4月，被正式冠名為“郭守敬望遠鏡”。

郭守敬望遠鏡的建成，突破了天文望遠鏡大視場與大口徑難以兼得的難題，成為目前國際上口徑最大的大視場望遠鏡，可同時觀測4000個天體。

2012年9月，郭守敬望遠鏡正式開始科學巡天。目前已獲取數百萬顆恒星光譜，幫助天文學家對銀河系恒星進行“人口普查”，發(fā)現那些源自矮星系的恒星，為研究銀河系中外來恒星的占比、空間分布、運動學特征提供數據支持。

去年6月，郭守敬望遠鏡完成七年的巡天，成為世界上第一個獲取光譜數超千萬的光譜巡天項目。今年3月，七年巡天“作業(yè)”交出，包含先導巡天及前六年正式巡天的DR6數據集。目前，中國、美國、德國、比利時、丹麥等國家和地區(qū)的124所科研機構和大學的用戶正在利用這些數據開展研究工作，探索宇宙奧秘。(記者 張璐)

關鍵詞： 恒星光譜