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我国科学家揭露星系合并演变新证据——首颗银河系“外来移民”现

时间:2019-05-21 11:52

  科幻电影《流浪地球》中,地球像宇宙飞船1样在太空中“4处流浪”。而现实中,与太阳类似的恒星不但会在本星系内运动,乃至会从1个星系“流浪”到另外1个星系——这是怎样1回事?经济日报记者带您1探究竟

  日前,国际科学期刊《自然·天文》在线发布我国天文学家主导的1项重大发现,中国科学院国家天文台赵刚研究员领导的中日合作研究团队证实了银河系内1颗重元素(包括银、铕、金、铀等)含量超高的恒星来自被银河系瓦解的矮星系。

  论文作者、国家天文台副研究员李海宁表示,银河系周围约有50多个矮星系,均遭到银河系强大的引力,乃至被银河系“吞并”,从而在银河系中留下大量星际“移民”。1旦这些移民恒星久居于银河系,便很难将它们与银河系的土著恒星辨别开。而此次发现,为银河系并合事件提供了确切可靠的化学证据,为辨认银河系中的“外来移民”提供了新的线索。

  元素:恒星的DNA

  自然界的万物,大到宇宙中的恒星,小到地面上的蚂蚁均由化学元素周期表中的化学元素所组成。但是,这些元素从何而来呢?

  曾取得诺贝尔物理学奖的化学元素合成理论是这样描写的:宇宙诞生之初,大爆炸产生了大量的氢、氦和极为微量的锂。随后,这波大爆炸物资开始冷却,直到2亿年后,宇宙中才出现了第1代恒星。

  具体而言,恒星的核心就像化学元素的“炼金炉”,恒星可以在其中逐步炼成各种化学元素。其中,比氦重的元素都被天文学家称为“金属”元素。当这些恒星以极为壮烈的方式——超新星爆炸结束生命之时,其制造的金属元素将被播散到星际当中,为后代恒星的产生提供原料。

  宇宙中,比铁重的元素主要是通过原子核与中子撞击产生。如果被原子核所捕获的中子速率比中子衰变的速率快,该进程产生的元素就被称为快中子俘获进程元素。像人们熟知的贵金属黄金,制造原子弹所用的铀,在地壳中含量唯一0.000106%并被称为最稀有元素的铕,都属于比铁重的快中子俘获进程元素。我们可以简单地把快中子俘获进程元素称为“重金属”元素。

  天文学家发现,恒星很大程度上保存了它诞生时所处环境的化学成份,因此不管长大后的恒星何去何从,它们身上携带的化学成份就像生命密码DNA1样,能够成为天文学家揭秘恒星起源的重要线索。

  但是,星星离我们如此遥远,星光又如此微弱,天文学家如何获知这些星星的奥秘呢?

  这要感谢19世纪的德国光学仪器师夫琅和费(J.Fraunhofer)第1次发现了太阳光谱。利用太阳光谱,可以探测太阳大气的化学成份、温度、压力、运动、结构模型和五花八门活动现象的产生机制与演化规律,可以认证辐射谱线和确认各种元素的丰度。

  光谱的发现,真正开启了人类探索恒星内部化学组成的大门。恒星光谱就像恒星的指纹,天文学家可以通过1个恒星的光谱丈量其温度和光度,推断出它的大小、年龄、化学成份,乃至可以重现这颗恒星的“星路”历程。

  目前,世界上光谱获得率最高的天文望远镜是由中国天文学家自主研制的郭守敬望远镜(LAMOST)。它巡天7年,获得了1125万条光谱。这些星光里的“彩虹”为天文学家探索银河系的构成与演变,和星系物理等前沿科学的种种奥秘提供了最有力的数据支持。

  重元素超高:露出破绽

  那末,银河系是如何构成的呢?

  天文界更偏向的理论认为:宇宙初始有很多小份子云,这些份子云各自构成很小的包括恒星和蔼体的矮星系。所谓矮星系,就是具有恒星数量较少,且整体质量较小的星系。然后,这些矮星系不断碰撞合并构成更大的星系,也就是银河系的雏形。最后,这个初始的银河系不断“吞噬”附近的矮星系,终究构成了现在范围的银河系。

  久长以来,天文学家1直在努力寻觅矮星系被银河系“吞噬”的证据,以获知银河系中现有恒星到底哪些是原本的“土著居民”,哪些是来自于近邻矮星系的“外来移民”,从而推动银河系构成与演变的研究。