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中科院等發現銀河系并合矮星系的化學證據

發布時間:2019-04-30 18:48:20
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來自矮星系的亞巨星/《中國國家天文》繪圖

  北京時間 2019 年 4 月 30 日凌晨,國際科學期刊《自然·天文》(Nature Astronomy)在線發布我國天文學家主導的一項重大發現。中國科學院國家天文臺趙剛研究員領導的中日合作研究團隊證實了銀河系內一顆重元素(包括銀、銪、金、鈾等)含量超高的恒星起源自被銀河系瓦解的矮星系,首次揭示了這類稀有恒星的吸積起源,深化了對重元素產生機制的認識,為基于恒星化學成分識別來自附近矮星系的恒星提供了重要線索。

  類似銀河系這樣的大型星系被認為是通過并合矮星系形成的,但天文學家對銀河系中有多少恒星來自于矮星系以及這些恒星具有什么樣的特征仍知之甚少。恒星很大程度上保留了它誕生時所處環境的化學成分,通過分析恒星的化學成分可以追溯它們的起源。

  依托我國重大科技基礎設施 LAMOST 望遠鏡提供的海量光譜數據,邢千帆和趙剛等人在銀河系暈內發現了目前已知鐵含量最高的快中子俘獲過程元素超豐恒星。快中子俘獲過程是重元素產生的重要機制之一,例如銪(Eu), 金(Au)和鈾(U)等重元素都屬于快中子俘獲過程元素。這顆恒星的銪相對于鐵的豐度是太陽的 10 倍有余,大大超出同類恒星的平均值,目前在銀暈中僅發現了 30 多顆該類型的恒星。更為新奇的是,這顆恒星的鎂元素以及其它 alpha 元素(包括硅、鈣和鈦等元素)的含量異常低,僅為同類恒星的五分之一,而具有類似化學成分的恒星在銀河系近鄰矮星系中卻是普遍存在。這是國際上首次在銀河系中發現低鎂的快中子俘獲過程元素超豐恒星。

  通過與日本國立天文臺的天文學家進行后續 8 米光學望遠鏡高分辨率光譜聯合觀測,研究團隊確定了這顆恒星中 24 種元素的含量,并與矮星系恒星和銀暈場星進行了細致比較。對比發現這顆恒星的化學成分與矮星系恒星高度吻合,明顯不同于銀河系的暈族恒星,表明這顆恒星來自于被銀河系瓦解的矮星系,是銀河系并合事件的確切和可靠的化學證據。進一步的分析顯示這顆恒星是在其原屬的矮星系經歷了極為罕見的中子星并合事件之后形成的。中子星并合產生大量的快中子俘獲過程元素, 顯著提高了矮星系內快中子俘獲過程元素的含量。

  這顆恒星的發現首次揭示了銀河系內快中子俘獲過程元素超豐恒星的吸積起源,為銀河系并合矮星系提供了清晰的證據,顯示銀暈中的快中子俘獲過程元素超豐恒星極可能全部來自于瓦解的矮星系,同時為中子星并合是快中子俘獲過程發生的主要天體物理場所提供了證據支持。它的化學豐度特征將有助于識別吸積自附近矮星系的恒星,為研究銀河系的并合歷史提供理想的示蹤體,加深人類對星系形成和演化的認識。

  相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41550-019-0764-5

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