銀河系周圍的星流 NASA

近日，一條“國(guó)家天文臺(tái)在銀河系發(fā)現(xiàn)新星流”的消息成了天文領(lǐng)域的熱點(diǎn)新聞。

國(guó)家天文臺(tái)研究員趙剛領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，根據(jù)恒星運(yùn)動(dòng)特征和化學(xué)特征發(fā)現(xiàn)了銀河系并合形成的新證據(jù)。他們發(fā)現(xiàn)了7個(gè)源自銀河系并合過程的新星流以及33顆所謂“低α豐度恒星”。這些星流和低α豐度恒星被認(rèn)為源自于銀河系附近的矮星系。

這條幾百字的簡(jiǎn)短新聞卻引發(fā)了廣泛關(guān)注，天文愛好者們紛紛發(fā)問：星流是什么?銀河系這是發(fā)生了啥?

記錄星系形成的化石

星流是指在位置、運(yùn)動(dòng)學(xué)或化學(xué)性質(zhì)等方面具有共同本質(zhì)特征的一群恒星，因其在空間中呈現(xiàn)長(zhǎng)條形水流狀分布得名。根據(jù)萬有引力定律, 宇宙中的小星系一旦靠近巨星系，就會(huì)受到強(qiáng)大的引力潮汐作用，并逐漸被扭曲、瓦解，形成纖細(xì)而壯觀的星流。根據(jù)天文學(xué)家的理論研究估計(jì)，在銀河系存在著200到500個(gè)星流。

如果追根溯源，會(huì)發(fā)現(xiàn)這些星流通向不同的發(fā)源地。作為“外來者”的它們從哪里來，為什么來到了銀河系，什么時(shí)間來的?這些一直都是天文學(xué)家不斷追尋的科學(xué)問題。趙剛在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說：“這些星流像化石一樣，記錄著星系的組裝過程，搞清楚它們的來源就能了解銀河系形成的歷史。”

從古至今，全世界的人們對(duì)于銀河系都有超乎尋常的熱情。不管是古羅馬、歐洲，還是古代中國(guó)，甚至美洲印第安人部落，都有許多關(guān)于銀河系的傳說，然而人類對(duì)銀河系的科學(xué)研究和了解卻是近代才開始的。

趙剛介紹，1978年澳大利亞天文學(xué)家提出銀河系并合形成模型，這為星流的存在提供了理論依據(jù)，直到1991年，天文學(xué)家才第一次真正觀測(cè)到星流。

由于“土著居民”相對(duì)均勻地分布在銀河系中，而且相對(duì)星流來說數(shù)量更多，作為外來者的星流幾乎無法從點(diǎn)點(diǎn)繁星中突顯出來，也就很難被發(fā)現(xiàn)。更糟糕的是，經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)幾十億、甚至上百億年的運(yùn)動(dòng)之后，星流中的恒星會(huì)散落到空間中的不同位置，融入銀河系的大家庭中。慶幸的是，日新月異的天文技術(shù)能讓天文學(xué)家藉著恒星運(yùn)動(dòng)的微妙線索，在茫茫星海之中找到這些“星際移民”的蛛絲馬跡。

它們是怎么被發(fā)現(xiàn)的

趙剛和他的同事們提出，隨時(shí)間的演化，星流會(huì)經(jīng)歷三種形態(tài)——早期形態(tài)、中期形態(tài)和晚期形態(tài)。當(dāng)星流處于早期形態(tài)時(shí)，它們?cè)谖锢砜臻g上還是聚集在一起，觀測(cè)的圖像上會(huì)顯示出一條密度帶。這種空間成團(tuán)的星流通過成像觀測(cè)，并采用簡(jiǎn)單的濾波匹配技術(shù)，就很容易被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)星流演化到中期形態(tài)時(shí)，由于經(jīng)歷了長(zhǎng)期的銀河系潮汐力的扭曲和瓦解，它們的成員星隱藏在銀河系的各個(gè)角落，因此探測(cè)難度大大增加。只能通過小波技術(shù)等先進(jìn)方法，才可能探測(cè)到在運(yùn)動(dòng)學(xué)特征方面有密切相似性的成員星。到了演化晚期形態(tài)，星流的成員星完全游弋于浩渺的銀河系中，只有通過細(xì)致的光譜分析獲得它們攜帶的母星系的化學(xué)印跡，就像做DNA鑒定，才能識(shí)別出來。因此，其探測(cè)被天文學(xué)界公認(rèn)為“難啃的骨頭”。

直到現(xiàn)在，在預(yù)計(jì)存在的200到500個(gè)星流中，天文學(xué)家觀測(cè)到的最多不過六七十個(gè)。但是這一次，趙剛團(tuán)隊(duì)在運(yùn)動(dòng)學(xué)空間發(fā)現(xiàn)了7個(gè)源自銀河系并合過程的新星流，發(fā)現(xiàn)了33顆豐度不同于普通恒星的所謂“低α豐度恒星”。前者屬于探測(cè)難度頗高的中期形態(tài)星流，后者屬于晚期形態(tài)星流，正是最“難啃的骨頭”。

“所謂α豐度，是指恒星中氧、鎂、硅、鈣以及鈦這幾種α族元素的含量。”國(guó)家天文臺(tái)研究員趙景昆告訴科技日?qǐng)?bào)記者，銀河系恒星的α豐度比周圍小個(gè)頭矮星系中恒星的α豐度要高。因此，這個(gè)參數(shù)某種程度上能說明它們的“出身”。

慶幸的是，結(jié)果讓他們欣慰。畢竟，他們?cè)谶\(yùn)動(dòng)學(xué)空間發(fā)現(xiàn)的7個(gè)新星流，是國(guó)際同行發(fā)現(xiàn)總數(shù)的一半;在化學(xué)空間，他們發(fā)現(xiàn)的33顆“低α豐度恒星”，是國(guó)際同行發(fā)現(xiàn)總數(shù)的兩倍。

蓋亞衛(wèi)星將帶來新發(fā)現(xiàn)

在星系天文學(xué)中，銀河系具有不可替代的重要地位。就單個(gè)星系而言，人類對(duì)銀河系的觀測(cè)資料最為豐富。由銀河系得出的結(jié)論可以作為探索河外星系的基礎(chǔ)。因此，人們對(duì)銀河系的研究格外重視。

國(guó)家天文臺(tái)此次的新發(fā)現(xiàn)一經(jīng)公布，就有不少網(wǎng)友在網(wǎng)絡(luò)上討論，這次發(fā)現(xiàn)為什么這么多人關(guān)注?對(duì)研究銀河系有什么用?

“中晚期星流的觀測(cè)和研究是我們理解銀河系非常重要的證據(jù)，就好像‘人口普查’，我們知道每一顆星是從哪里來的，才有可能知道在漫長(zhǎng)的歲月里，銀河系曾經(jīng)發(fā)生了什么。”趙剛說。

這就不得不提到一個(gè)著名的天文學(xué)問題——“矮星系缺失之謎”。理論模擬表明，銀河系中可能存在著幾百個(gè)星流，但在銀暈中只觀測(cè)發(fā)現(xiàn)14個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)空間成團(tuán)的星流。即使加上空間成團(tuán)的幾十個(gè)星流，觀測(cè)與理論在星流數(shù)量上還是存在巨大的量級(jí)差別。這個(gè)問題使得銀河系形成問題變得更加撲朔迷離。

這一次，趙剛研究團(tuán)隊(duì)新發(fā)現(xiàn)的星流不僅縮小了理論與觀測(cè)的差距，而且證實(shí)了潮汐瓦解的星流在經(jīng)歷十幾億年的演化后，仍然可以在運(yùn)動(dòng)學(xué)空間找到它們具有共同起源的痕跡，從而開辟了利用大型光譜巡天數(shù)據(jù)在運(yùn)動(dòng)學(xué)空間探測(cè)星流的新方法。

研究團(tuán)隊(duì)成員、國(guó)家天文臺(tái)助理研究員邢千帆告訴科技日?qǐng)?bào)記者，這次研究都是基于LAMOST銀河系光譜巡天數(shù)據(jù)進(jìn)行的。明年，歐洲航天局發(fā)射的“蓋亞”衛(wèi)星將會(huì)有新的數(shù)據(jù)發(fā)布，“蓋亞”衛(wèi)星的觀測(cè)包括了銀河系內(nèi)的約10億顆恒星的精確觀測(cè)數(shù)據(jù)。屆時(shí)，研究人員進(jìn)行新的分析研究，預(yù)期一定會(huì)有新的重要發(fā)現(xiàn)。