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窥伺宇宙最古远的星河

发布时间:2019-01-23

  日前,我国科学家应用郭守敬望远镜的巡天数据,挑拣出一万余颗金属含量不到太阳百分之一的贫金属星候选体,形成了目前世界上最大的贫金属星亮源表。这一发现,有利于我国现有地面观测装备进行高辨别率后续观测,也为海内外天文界提供了前所未有的大样本贫金属星。

  2009年,我国建成世界上光谱获取率最高的光谱巡天千里镜――郭守敬望远镜,每次观测可以失掉4000个天体光谱。

  郭守敬望远镜贫金属星名目是国际上目前效率最高的同类搜寻盘算,项目的履行为国内外地舆界供应了前所未有的大样本贫金属星。“基于这些样本与盖亚卫星观测结合形成多维大样本数据,咱们将迎来恒星考古的新时代。”赵刚说。

  “这个贫金属星亮源表的优势在于既大又亮,无比适合现有地面观测设备进行高辩白率后续观测。”李海宁进一步阐明道,“大样本能够显明扩大现有贫金属星样本的数量,并减小统计研究的误差;亮源多则有利于获取这些贫金属星的活动学参数,从而对天河系晕的构成历史发展化学―运动学多维空间的研讨。”

  日前,中国科学院国家天文台赵刚团队利用中国自主设计并建造的郭守敬望远镜的巡天数据,筛选出一万余颗金属含量不到太阳百分之一的贫金属星候选体,形成了目前世界上最大的贫金属星亮源表,相关论文发表在国际期刊《天体物理学报(增刊)》上。

  只管难度巨大,贫金属星的重要性仍使其成为近20年来良多大型巡天名目的主要迷信目标之一。当初很多国家都有正在进行跟计划中的恒星考古计划。赵刚说:“中国以郭守敬望远镜巡天观测为契机,也在该范围逐步活跃起来,并为今后加入相干恒星考古项目奠定了良好的基础。”

  陈颖为摄

  “受限于观测才干,当初可以‘够得着’的古老恒星,都是第二代恒星。”李海宁说。

  后续高分辨率光谱观测与研究正在进行中,并已取得一系列重要发现。科研人员首次系统搜查并研究锂元素丰度异样超高的贫金属星,构建了目前最大的此类样本,并首次在银河系场星中发现锂元素丰度超高的亚巨星;发现了第五颗碳氮氧钠镁等多种元素异常超丰的超贫金属星(金属含量不到太阳的万分之一),联合超新星实际模型研究分析,为此类天体的前身星性质提供了重要的观测限度等。

吴月辉

  贫金属星极为稀少,很难获得可过细研究的样本

  对贫金属星的研究有助于解开一系列对围绕早期宇宙、元素起源、第一代恒星和河汉系演变的科学识题,如金属元素是怎么在宇宙中发生和积累的、第一代恒星和超新星是什么样子的、天河系的造成和演化历史是怎么的。

  第一代恒星大多个头宏大、晶莹醒目,在结束短暂终生时,通过超新星暴发将其制造的各种金属元素喷射到四面八方。这些金属元素埋藏在星际尘埃中,孕育出第二代恒星。

  因为仪器分布,现有贫金属星高分辨率观测样本存在明显的集中在南半球的决定效应,郭守敬望远镜贫金属星样本的浮现,将有望解决南北半球样本分布不均衡的问题。

  海量恒星光谱的获取,对研究宇宙演化意思重大

  李海宁认为,郭守敬望远镜的一大上风就在于它能获取前所未有的海量恒星光谱,相当于为寻找贫金属星供给了一片无比广阔的恒星大陆,“大大提高了我们找到更多这类罕见天体的可能性。”

  和考古学家通过地质陈迹摸索早期地球文明一样,恒星考古是通过古老的恒星探索早期宇宙。

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吴月辉

  “地理学上,咱们把所有比氦重的元素都叫做金属,包含碳、氮、氧等平时不问可知的‘非金属’。”赵刚团队成员、中科院国度天文台李海宁说:“这些金属元素不仅在天文学中十分主要,也是生命来源的必要条件。”

  李海宁说:“由于当时只有氢、氦和锂3种化学元素,第一代恒星可以说在出生时是‘零金属’的。此后,在始终成长的进程中,恒星自身又合成了一些新的金属元素。”

  那么,什么样的恒星才是恒星考古者心之所向的古老恒星呢?金属含量特别低的恒星――贫金属星就是。

  艰难的是,贫金属星的金属谱线异样弱,对光谱分析技能恳求较高,这也使得目前的观测手段无奈获取过于暗弱的贫金属星的高分辩率光谱和剖析结果,因此合适细致研究的贫金属星样本无比有限。

  金属含量越低的恒星,代表越早的宇宙进化阶段

  宇宙诞生之初,大爆炸产生了大量的氢、氦跟极其微量的锂。在这样的环境下,宇宙中的第一代恒星诞生了。

  “当恒星内部炽热的星光穿过外层较冷的大气时,会形成在特定波长产生吸收特色的吸收谱,每一条接受线都隐藏着某种元素的独特信息。”李海宁说:“我们可以通过测量这些接收线来破解保留在贫金属星大气中的古老气体成分。”

  利用郭守敬望远镜巡天观测数据,造成世界最大的贫金属星亮源表
  窥测宇宙最古远的星河

  第二代恒星往往会从第一代中“持续”并生产更多的金属元素,再“遗传”给下一代。随着宇宙一直变“老”,金属的“雪球”越滚越大。今天新生恒星的金属含量比130亿年前的祖辈恒星高出200万倍。所以,金属含量越低的恒星,就代表着越早的宇宙进化阶段。

星空下的郭守敬望远镜。

  始终以来,全世界恒星考古学家们都致力于在星河系及其街坊星系里寻找最古老的恒星,从而沿着时间回溯,窥伺最早的星河系,并尝试再现大爆炸之后的早期宇宙中,恒星和星系是如何形成且演化的。

  浩瀚星河中,有类金属含量极低的恒星――贫金属星,它们如同宇宙的化石,携带了早期的宇宙信息;对它们的研究,被称为恒星考古。

  寻找贫金属星的历史可能追溯到上世纪80年代,当时重要依靠大范畴巡天(测光或者低分辨率光谱观测)。但因为这类天体非常常见,所以搜查过程基本等同于江中钓月。只管如此,到目前为止还是取得了一系列重要的成果。其中包括发现了金属含量超低的第二代恒星、金属含量不到太阳十万分之一的贫金属星;通过大样本贫金属星发现了河汉系有两个晕成分;在近邻矮星系发明揭示了双中子星并合证据的贫金属星等。