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  • 1 # 創意風向標

    天文學家一直相信大部分星系是由較細小的星系慢慢併合組成,而中國科學院國家天文臺週日(29日)表示,由研究員趙剛領導的研究團隊發現銀河系併合形成的新證,研究成果將發表於國際天文雜誌《天體物理學報》。研究提出,“星流”是指具有共同本質特徵的一群恆星,因其在空間中呈現長條形水流狀分佈得名,而趙剛團隊發現7個源自銀河系併合過程的新星流,同時研究又發現了33顆丰度不同於普通恆星的“低α丰度恆星”。研究資料是透過中國大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡(LAMOST)取得。(資料圖片)這些星流和低α丰度恆星被認為來自銀河系附近的矮星系,而團隊基於新星流的觀測特徵,提出潮汐星流的形態學理論,即星流一般隨時間演化經歷早期形態、中期形態、晚期形態3種形態。當星流處於早期形態時,它們在物理空間上是聚集一起;中期形態時,它們的成員星隱藏在銀河系各個角落;到了晚期形態,星流的成員星遊弋於銀河系之中,只有透過細緻的光譜分析,捕獲它們攜帶的母星系的化學印跡。團隊將其發展出的探測晚期形態星流方法,比喻作“DNA親子鑑定”,透過搜尋觀測銀河系中晚期星流,可探視星系如何形成;透過分析星流軌道,還可建立起銀河系精確的引力勢和品質分佈。 這7個新星流和來自其它星流的“低α丰度恆星”已經遭到了銀河系巨大的引力勢重創,在空間位置已經無跡可尋,被完全打散了,因此探測難度極高。《天體物理學報》審稿人這樣評價:“這篇寫得很好的論文探討了對銀河系化學演化模型極其重要的觀測限制。”“這項研究工作展示了LAMOST相關研究的早期成果,是該巡天專案的一個重要里程碑。”

    基於這些新星流觀測特徵,趙剛等人提出了潮汐星流的形態學理論。他們認為星流一般隨時間演化要經歷三種形態:早期形態,中期形態,晚期形態。當星流處於早期形態時,它們在物理空間上還是聚集在一起,觀測的影象上會顯示出一條密度帶。這種空間成團的星流透過成像觀測,並採用簡單的濾波匹配技術,就很容易被發現。

    當星流演化到中期形態時,由於經歷了長期的銀河系潮汐力的扭曲和瓦解,空間成團性遭到了嚴重破壞,它們的成員星隱藏在銀河系的各個角落,因此探測難度大大增加。只能透過小波技術等先進方法,才可能探測到在運動學空間上有密切相似性的成員星。到了演化晚期形態,星流的成員星完全遊弋於銀河系浩渺的場星之中,只有透過細緻的光譜分析獲得它們攜帶的母星系的化學印跡,就像做DNA鑑定,才能識別出來。

    中晚期星流的探測被稱為“難啃的骨頭”。趙剛研究團隊利用國外的巡天資料,透過核函式與小波分析技術的結合,在太陽鄰域探測到了22個星流,其中有11個是新發現的,文章以快報的形式發表在著名期刊ApJ後,受到了廣泛的關注和好評。

    加拿大銀河系天體物理研究委員會主席Bovy教授認為“Zhao 等人(2009)探測到的運動學星流是真實的”。德國天文學家Popova指出“他們探測的移動星群是最完備的”。趙剛研究團隊還發展了一套系統的化學方法探測晚期形態星流的方法。這個方法可以形象地比喻成‘透過化學DNA做親子鑑定,幫助這些恆星孤兒找到自己的親生父母’。

    LAMOST探測到的其中一個星流,LAMOST-N1,已經在日本8米昴星團望遠鏡進行了後續觀測。透過化學丰度分析逐步還原,發現它的前身可能是來自銀河系附近稍大一點的矮星系。銀河系中晚期星流的搜尋觀測不僅可以幫助人們探知更多有關星系形成的秘密,而且透過對星流軌道的分析還可以建立起銀河系精確的引力勢和質量分佈。

    這些中晚期星流與天文學一個著名的問題--“矮星系缺失之謎”--關係密切。理論模擬表明,銀河系中可能存在著幾百個星流,但在銀暈中只觀測發現14個運動學空間成團的星流。 即使加上空間成團的幾十個星流,觀測與理論在星流數量上還是存在巨大的量級差別。

    這個問題是併合模型作為星系形成主流理論的致命缺陷,使得銀河系形成問題變得更加撲朔迷離。依託中國大科學裝置的LAMOST銀河系光譜巡天資料,趙剛研究團隊新發現的星流不僅一定程度上縮小了理論與觀測的差距,而且證實了潮汐瓦解的星流在經歷十幾億年的演化後仍然可以在運動學空間找到它們具有共同起源的痕跡,從而開闢了利用大型光譜巡天資料在運動學空間探測星流的新方法。

    趙剛研究團隊的這些研究成果向世界展示了LAMOST望遠鏡在銀河系研究方面的巨大優勢和潛力。可以期待,利用LAMOST並結合GAIA即將釋放的新資料,他們將會在不久的將來探測到更多的星流,並逐步揭開銀河系形成的神秘面紗。

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