星星也有DNA？科学家们识别银河系中的星系际移民

Daphane

文章来源：中国科学院国家天文台

北京时间2019年4月30日凌晨，国际科学期刊《自然·天文》在线发布了我国天文学家主导的一项重大发现。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首次揭示了银河系内快中子俘获过程元素含量超高恒星的“身世”之谜，为银河系并合事件提供了确切和可靠的化学证据，为基于化学DNA识别银河系中的“星系际移民”提供了新的线索。　　万物之根：星星的DNA
　　天文学家发现恒星很大程度上保留了它诞生时所处环境的化学成分，它们的化学成分就像生命密码DNA一样，为天文学家揭秘恒星起源提供了重要线索。

天体化学组成示意图（来自网络）

　　那么，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？恒星光谱就像是恒星的指纹，有了光谱，天文学家可以确定恒星的化学成分，追溯恒星的起源。

恒星光谱图（来自百度百科）

　　中国天文学家自主研制的郭守敬望远镜（LAMOST），是目前世界上光谱获取率最高的天文望远镜，巡天七年，获取了1125万条光谱，这些星光里的“彩虹”为天文学家探索银河系形成与演化及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。
　　奇特发现：银河系中的“金库”
　　银河系的形成和演化一直是天文学家探究的热门问题，天文界普遍认为银河系是通过不断地吞噬附近的矮星系形成的。为此，天文学家们也在一直努力地寻找矮星系被银河系“吞吃”的证据。获知银河系中现有的恒星到底哪些是银河系原有的“土著居民”，哪些是来自于近邻矮星系的“星系际移民”。从而推动银河系形成与演化的研究。


LAMOST与星空（国家天文台供图）

　　依托我国重大科技基础设施LAMOST望远镜的光谱数据，该论文第一作者国家天文台邢千帆博士及合作者在银晕中发现了一颗快中子俘获过程元素含量超高的重金属恒星，这颗恒星的铕相对于铁的比率是太阳的10倍之多，大大超出了同类恒星的平均值，它携带了大量包括金元素在内的重元素，堪称银河系中的“金库”。
　　目前天文学家在银晕中仅发现了30余颗该类恒星，如此稀有的恒星引起了天文学家们的强烈好奇，这些恒星到底来自哪里？它们是银河系里的“原始居民”还是来自近邻矮星系的“星系际移民”？一系列的问题推动着天文学家继续前行。要想追溯恒星的起源，还需从恒星的DNA——化学元素组成继续研究。
　　DNA鉴定：揭示真实身份
　　被银河系吞噬的矮星系与目前幸存的矮星系具有相近的质量，因此它们拥有的成员星也具有相似的化学特征，通过研究银河系附近矮星系成员星的化学组成，我们便可获知矮星系家族里恒星的化学特征，从而像做DNA鉴定一样把银河系内来自矮星系的恒星筛选出来。
　　研究人员发现银河系近邻矮星系的成员星中α元素（镁、硅、钙和钛等）的含量明显低于银晕内恒星的平均值。基于此，目前“α元素含量低”的特征就像一条DNA生命密码一样成为了筛选银河系中外来“移民”的有效判据，帮助我们找出银晕中最初来自于矮星系的恒星。
　　根据这个线索，邢千帆等人对这位身份可疑，重金属元素含量超高的恒星开展了α元素含量的DNA鉴定，无巧不成书，经测量，这颗恒星的α元素含量异常低，仅为同类恒星的五分之一，而具有类似化学成分的恒星在银河系近邻矮星系中却是普遍存在的。因此初步断定这颗银晕中的恒星是“外来人员”，极可能是银河系并合矮星系时带来的“移民”。


图为新发现的这颗银河系“星系际移民”的示意图（中国国家天文麻钰薇绘制）

天文学家向来是严谨的，为了进一步确认其外来“移民”的身份，借助日本的8米光学望远镜进行了高分辨率光谱观测，确定了这颗星更加精细的化学成分，获取了其24种元素的含量，并分别与矮星系恒星和银晕场星进行了细致比较。对比发现这颗恒星的化学成分与矮星系恒星高度吻合，明显不同于银河系的晕族恒星，因此通过如上的DNA亲子鉴定，这颗奇特恒星的“身世”和“家族史”终于浮出水面，其果然是来自于被银河系瓦解的矮星系。
　　进一步的分析发现这颗恒星超高的重金属元素含量是由于其原属的矮星系经历了非常稀有的中子星并合事件。中子星并合能够快速产生大量的快中子俘获过程元素， 可显著提高环境中的快中子俘获过程元素含量。
　　至此，这颗恒星的真实身份被揭晓：它是一个来自于近邻矮星系，携带“重金”投奔银河系的“星系际移民”。
　　今年3月28日，国家天文台向国内天文学家和国际合作者发布了LAMOST巡天七年的数据，共计1125万条光谱，标志着LAMOST光谱正式进入了千万量级时代。我们期待着LAMOST为大家带来更多的发现，重现宇宙星空中一个个精彩的故事。