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　　人馬座星流 有了第一張3D畫像

實習(xí)記者 于紫月

　　銀河系有很多伴星系，如位于銀盤下方的大、小麥哲倫星系。就像地球的引力牽著月亮轉(zhuǎn)一樣，銀河系也牽著這些星系轉(zhuǎn)動。

　　近日，來自中科院天文大科學(xué)研究中心特聘青年研究員、上海天文臺博士后李靜，中科院國家天文臺研究員劉超等人利用郭守敬望遠鏡(LAMOST)第一次描繪出了銀河系的一個伴星系——人馬座矮星系的星流(下稱人馬座星流)的三維空間軌道分布，該項研究成果已經(jīng)發(fā)表在《天體物理學(xué)報》雜志上。

　　“人馬座星流是由無數(shù)顆恒星構(gòu)成的‘星帶’，散布于人馬座矮星系的前方和后方，就像這個星系向前吐出的火焰、在后遺留的尾巴。”李靜告訴科技日報記者。
　　星系“拉面條”的杰作

　　銀河系和人馬座矮星系可能都形成于100多億年以前。該矮星系的初始質(zhì)量約為銀河系的十分之一，后來人馬座矮星系“撲向”銀河系，被銀河系的引力捕獲，成了伴星系。由于現(xiàn)在該矮星系位于人馬座天區(qū)，因此被天文學(xué)家命名為人馬座矮星系。

　　該矮星系在掉落進銀河系之前耗盡了氣體，而恒星誕生于氣體之中，沒有氣體就沒有構(gòu)成恒星的基本材料，因此人馬座矮星系無法再像銀河系那樣每隔一段時間便會有新的恒星誕生。“從某種意義上說，它是個已經(jīng)死亡的星系。”劉超說。

　　再后來，人馬座矮星系被剝除了很多恒星并形成星流。一般認為它目前的主體質(zhì)量只有原來的萬分之一，如今與銀河系相比，成了不折不扣的“小不點”。

　　星流是如何形成的？“被潮汐力抻出來的。”李靜說。

　　當(dāng)引力源對物體產(chǎn)生力的作用時，由于物體上各點到引力源距離不等，所以受到引力大小不同，從而產(chǎn)生引力差，對物體產(chǎn)生撕扯效果，這種引力差就是潮汐力。

　　“小不點”星系牢牢地被銀河系拽住，無法逃脫。其星系的形狀也被銀河系所產(chǎn)生的巨大潮汐力漸漸拉長，就像將面團拉成面條，抻長、拖尾，最終拉出的線條比銀河系的直徑還長。

　　由于人馬座矮星系一直在繞銀河系轉(zhuǎn)動，因此銀河系抻拉出來的星流也大致沿著矮星系的軌道像絲帶一樣圍繞著銀河系，現(xiàn)在已經(jīng)有兩三圈之多。

　　“這也可以看成是銀河系‘進食’的過程。”劉超告訴科技日報記者。

　　人馬座矮星系繞銀河系的軌道是橢圓形的。當(dāng)人馬座矮星系遠離銀河系時，它暫時保全了自己，當(dāng)它撲向銀河系時，潮汐力先將矮星系“撕碎”，從矮星系靠近銀河系的位置上“拽出”一些恒星，成為矮星系的“碎片”，掉落在矮星系運行的軌道上，構(gòu)成一道星流。

　　這些掉落的恒星失去了母星系的“保護”，逐漸被銀河系捕獲，成了銀河系的一份子。

　　多國科學(xué)家共繪畫像

　　人馬座矮星系的生命歷程是與銀河系“躲貓貓”的斗爭史，而人類邂逅這個矮星系、逐漸揭開星流面紗的過程卻是一部多國天文學(xué)家、物理學(xué)家共同參與的奮斗史。

　　1994年，劍橋大學(xué)的天文學(xué)家伊巴塔、歐文和吉爾摩用施密特望遠鏡首次發(fā)現(xiàn)了這個比大、小麥哲倫星系還要近的小星系。要知道，早在16世紀，葡萄牙航海家麥哲倫便在環(huán)球航行時首次對大、小麥哲倫星系做了精確描述。

　　“人馬座矮星系距離銀河系中心約6萬光年，處于銀河系的盤面上。從地球上觀測，它正好躲在銀河系中心的后面，很容易被忽略掉。”劉超指出，大、小麥哲倫星系雖遠在十幾萬光年之外，但它們正好處于銀盤下方，在南半球用肉眼就能分辨出來。

　　新的矮星系“亮相”人類天文觀測歷史之后，陸續(xù)有學(xué)者觀測到星流結(jié)構(gòu)的消息傳來，直到2002年，倫斯勒理工學(xué)院的物理學(xué)家紐伯格等人用從美國斯隆數(shù)字巡天項目(SDSS)中得到的天文數(shù)據(jù)進行分析，確定了人馬座矮星系附近存在波紋狀的星流，似乎與人馬座矮星系有著千絲萬縷的聯(lián)系。

　　2003年，弗吉尼亞大學(xué)的馬耶夫斯基采用紅外波段觀測，首次把整個人馬座星流在天空的位置描繪出來。3年后，英國劍橋大學(xué)的別洛庫羅夫等人采用可見光波段觀測發(fā)現(xiàn)了人馬座星流有2條分支。

　　此后，天文學(xué)界開始大規(guī)模出現(xiàn)相關(guān)研究和報道，學(xué)者們竭盡全力去探尋幾個關(guān)鍵問題——星流的產(chǎn)生、在三維空間中的形態(tài)等。

　　可用于反推銀河系參數(shù)

　　李靜、劉超等人此次的研究便聚焦人馬座星流的三維形態(tài)。

　　“我們是首次較完善地重構(gòu)了領(lǐng)先和拖后星流中的恒星的三維形態(tài)。”李靜表示，研究人員從LAMOST數(shù)據(jù)中測量了3萬顆M巨星樣本恒星的速度場，通過與蓋亞空間望遠鏡的數(shù)據(jù)結(jié)合，在三維空間描繪了人馬座星流的空間軌道分布。以前“猶抱琵琶半遮面”的人馬座星流更加全面地展現(xiàn)在人們眼前。

　　M巨星是恒星演化的最晚期階段。為何選擇M巨星作為“探針”？

　　劉超指出，M巨星亮度較高，容易在浩瀚無垠的星空中挑選出來。李靜也表示，M巨星是探測銀河系暈結(jié)構(gòu)的非常好的天體。

　　在李靜看來，星流三維形態(tài)的研究無論對于人馬座矮星系還是銀河系來說都意義非凡。該星流是2個星系共同作用的結(jié)果，星流中恒星的位置及運動軌跡能夠還原銀河系撕裂人馬座矮星系時的力度，從而能夠測量出引力大小，由此推斷銀河系的質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)。

　　研究團隊還確定了人馬座星流中最遠的點，大約距離太陽30萬光年。可想而知，銀河系的質(zhì)量越大，星流就會被吸引得越“緊湊”，最遠點距離太陽就越近一些，反之，星流的最遠點離太陽會遠一些。

　　“最遠點的30萬光年暗示著銀河系的質(zhì)量要比人們原先設(shè)想的質(zhì)量小一些。”劉超告訴科技日報記者，按照該研究成果計算，銀河系質(zhì)量大約為9千億倍的太陽質(zhì)量。而此前學(xué)界通常認為，銀河系質(zhì)量大約為1萬億倍太陽質(zhì)量，而按照該質(zhì)量計算，星流的最遠點距離太陽20萬光年左右。

　　對于人馬座矮星系，劉超認為，研究三維空間軌道，能夠更好地幫助理論家模擬矮星系被銀河系瓦解的過程，當(dāng)樣本量足夠大時，還可以推測人馬座矮星系被撕裂之前的形態(tài)特征和誕生起源。

　　人馬座矮星流堪稱星系之間較為激烈的合并事件的產(chǎn)物，很多星系都是借助于同類手段迅速長大。“星系作為宇宙的基本元素，研究其成長規(guī)律亦是對宇宙演化過程的探索。”劉超說。