化學DNA識別銀河系中的星系際移民_風聞

【邢千帆，中國科學院國家天文台助理研究員，中國科學院天文大科學研究中心LAMOST優秀骨幹。主要研究領域是恆星元素丰度和銀河系演化。

李雙，中國科學院國家天文台工程師，LAMOST運行和發展中心宣傳主管。】

北京時間2019年4月30日凌晨，國際科學期刊《自然·天文》在線發佈了我國天文學家主導的一項重大發現。中國科學院國家天文台趙剛研究員領導的中日合作研究團隊首次揭示了銀河系內快中子俘獲過程元素含量超高恆星的“身世”之謎，為銀河系併合事件提供了確切和可靠的化學證據，為基於化學DNA識別銀河系中的“星系際移民”提供了新的線索。

看完上面的文字是不是覺得有點高深莫測？雲裏霧裏？您繼續往下看就對啦

萬物之根：星星的DNA

天文學家發現恆星很大程度上保留了它誕生時所處環境的化學成分，它們的化學成分就像生命密碼DNA一樣，為天文學家揭秘恆星起源提供了重要線索。

天體化學組成示意圖（來自網絡）

那麼，星星離我們如此遙遠，星光又如此微弱，天文學家如何獲知這些星星的奧秘呢？恆星光譜就像是恆星的指紋，有了光譜，天文學家可以確定恆星的化學成分，追溯恆星的起源。

恆星光譜圖（來自百度百科）

中國天文學家自主研製的郭守敬望遠鏡(LAMOST)，是目前世界上光譜獲取率最高的天文望遠鏡，巡天七年，獲取了1125萬條光譜，這些星光裏的“彩虹”為天文學家探索銀河系形成與演化及星系物理等前沿科學的種種奧秘提供了最有力的數據支持。

奇特發現：銀河系中的“金庫”

銀河系的形成和演化一直是天文學家探究的熱門問題，天文界普遍認為銀河系是通過不斷地吞噬附近的矮星系形成的。為此，天文學家們也在一直努力地尋找矮星系被銀河系“吞吃”的證據。獲知銀河系中現有的恆星到底哪些是銀河系原有的“土著居民”，哪些是來自於近鄰矮星系的“星系際移民”。從而推動銀河系形成與演化的研究。

LAMOST與星空（國家天文台供圖）

依託我國重大科技基礎設施LAMOST望遠鏡的光譜數據，該論文第一作者國家天文台邢千帆博士及合作者在銀暈中發現了一顆快中子俘獲過程元素含量超高的重金屬恆星，這顆恆星的銪相對於鐵的比率是太陽的10倍之多，大大超出了同類恆星的平均值，它攜帶了大量包括金元素在內的重元素，堪稱銀河系中的“金庫”。

目前天文學家在銀暈中僅發現了30餘顆該類恆星，如此稀有的恆星引起了天文學家們的強烈好奇，這些恆星到底來自哪裏？它們是銀河系裏的“原始居民”還是來自近鄰矮星系的“星系際移民”？一系列的問題推動着天文學家繼續前行。要想追溯恆星的起源，還需從恆星的DNA——化學元素組成繼續研究。

DNA鑑定：揭示真實身份

被銀河系吞噬的矮星系與目前倖存的矮星系具有相近的質量，因此它們擁有的成員星也具有相似的化學特徵，通過研究銀河系附近矮星系成員星的化學組成，我們便可獲知矮星系家族裏恆星的化學特徵，從而像做DNA鑑定一樣把銀河系內來自矮星系的恆星篩選出來。

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研究人員發現銀河系近鄰矮星系的成員星中α元素（鎂、硅、鈣和鈦等）的含量明顯低於銀暈內恆星的平均值。基於此，目前“α元素含量低”的特徵就像一條DNA生命密碼一樣成為了篩選銀河系中外來“移民”的有效判據，幫助我們找出銀暈中最初來自於矮星系的恆星。

根據這個線索，邢千帆等人對這位身份可疑，重金屬元素含量超高的恆星開展了α元素含量的DNA鑑定，無巧不成書，經測量，這顆恆星的α元素含量異常低，僅為同類恆星的五分之一，而具有類似化學成分的恆星在銀河系近鄰矮星系中卻是普遍存在的。因此初步斷定這顆銀暈中的恆星是“外來人員”，極可能是銀河系併合矮星系時帶來的“移民”。

圖為新發現的這顆銀河系“星系際移民”的示意圖（中國國家天文麻鈺薇繪製）

天文學家向來是嚴謹的，為了進一步確認其外來“移民”的身份，藉助日本的8米光學望遠鏡進行了高分辨率光譜觀測，確定了這顆星更加精細的化學成分，獲取了其24種元素的含量，並分別與矮星系恆星和銀暈場星進行了細緻比較。對比發現這顆恆星的化學成分與矮星系恆星高度吻合，明顯不同於銀河系的暈族恆星，因此通過如上的DNA親子鑑定，這顆奇特恆星的“身世”和“家族史”終於浮出水面，其果然是來自於被銀河系瓦解的矮星系。

進一步的分析發現這顆恆星超高的重金屬元素含量是由於其原屬的矮星系經歷了非常稀有的中子星併合事件。中子星併合能夠快速產生大量的快中子俘獲過程元素, 可顯著提高環境中的快中子俘獲過程元素含量。

至此，這顆恆星的真實身份被揭曉：它是一個來自於近鄰矮星系，攜帶“重金”投奔銀河系的“星系際移民”。

今年3月28日，國家天文台向國內天文學家和國際合作者發佈了LAMOST巡天七年的數據，共計1125萬條光譜，標誌着LAMOST光譜正式進入了千萬量級時代。我們期待着LAMOST為大家帶來更多的發現，重現宇宙星空中一個個精彩的故事。