銀河系周圍的星流 NASA

近日，一條“國家天文臺在銀河系發現新星流”的消息成了天文領域的熱點新聞。

國家天文臺研究員趙剛領導的研究團隊，根據恒星運動特征和化學特征發現了銀河系并合形成的新證據。他們發現了7個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豐度恒星被認為源自于銀河系附近的矮星系。

這條幾百字的簡短新聞卻引發了廣泛關注，天文愛好者們紛紛發問：星流是什么?銀河系這是發生了啥?

記錄星系形成的化石

星流是指在位置、運動學或化學性質等方面具有共同本質特征的一群恒星，因其在空間中呈現長條形水流狀分布得名。根據萬有引力定律, 宇宙中的小星系一旦靠近巨星系，就會受到強大的引力潮汐作用，并逐漸被扭曲、瓦解，形成纖細而壯觀的星流。根據天文學家的理論研究估計，在銀河系存在著200到500個星流。

如果追根溯源，會發現這些星流通向不同的發源地。作為“外來者”的它們從哪里來，為什么來到了銀河系，什么時間來的?這些一直都是天文學家不斷追尋的科學問題。趙剛在接受科技日報記者采訪時說：“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，甚至美洲印第安人部落，都有許多關于銀河系的傳說，然而人類對銀河系的科學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，直到1991年，天文學家才第一次真正觀測到星流。

由于“土著居民”相對均勻地分布在銀河系中，而且相對星流來說數量更多，作為外來者的星流幾乎無法從點點繁星中突顯出來，也就很難被發現。更糟糕的是，經歷了長達幾十億、甚至上百億年的運動之后，星流中的恒星會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能讓天文學家藉著恒星運動的微妙線索，在茫茫星海之中找到這些“星際移民”的蛛絲馬跡。

它們是怎么被發現的

趙剛和他的同事們提出，隨時間的演化，星流會經歷三種形態——早期形態、中期形態和晚期形態。當星流處于早期形態時，它們在物理空間上還是聚集在一起，觀測的圖像上會顯示出一條密度帶。這種空間成團的星流通過成像觀測，并采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，由于經歷了長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角落，因此探測難度大大增加。只能通過小波技術等先進方法，才可能探測到在運動學特征方面有密切相似性的成員星。到了演化晚期形態，星流的成員星完全游弋于浩渺的銀河系中，只有通過細致的光譜分析獲得它們攜帶的母星系的化學印跡，就像做DNA鑒定，才能識別出來。因此，其探測被天文學界公認為“難啃的骨頭”。

直到現在，在預計存在的200到500個星流中，天文學家觀測到的最多不過六七十個。但是這一次，趙剛團隊在運動學空間發現了7個源自銀河系并合過程的新星流，發現了33顆豐度不同于普通恒星的所謂“低α豐度恒星”。前者屬于探測難度頗高的中期形態星流，后者屬于晚期形態星流，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。”國家天文臺研究員趙景昆告訴科技日報記者，銀河系恒星的α豐度比周圍小個頭矮星系中恒星的α豐度要高。因此，這個參數某種程度上能說明它們的“出身”。

慶幸的是，結果讓他們欣慰。畢竟，他們在運動學空間發現的7個新星流，是國際同行發現總數的一半;在化學空間，他們發現的33顆“低α豐度恒星”，是國際同行發現總數的兩倍。

蓋亞衛星將帶來新發現

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

國家天文臺此次的新發現一經公布，就有不少網友在網絡上討論，這次發現為什么這么多人關注?對研究銀河系有什么用?

“中晚期星流的觀測和研究是我們理解銀河系非常重要的證據，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的歲月里，銀河系曾經發生了什么。”趙剛說。

這就不得不提到一個著名的天文學問題——“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，趙剛研究團隊新發現的星流不僅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后，仍然可以在運動學空間找到它們具有共同起源的痕跡，從而開辟了利用大型光譜巡天數據在運動學空間探測星流的新方法。

研究團隊成員、國家天文臺助理研究員邢千帆告訴科技日報記者，這次研究都是基于LAMOST銀河系光譜巡天數據進行的。明年，歐洲航天局發射的“蓋亞”衛星將會有新的數據發布，“蓋亞”衛星的觀測包括了銀河系內的約10億顆恒星的精確觀測數據。屆時，研究人員進行新的分析研究，預期一定會有新的重要發現。