銀河系下的郭守敬望遠(yuǎn)鏡。 

銀盤面積增大示意圖。國家天文臺供圖

8月7日，中國科學(xué)院國家天文臺宣布，由其管理和運(yùn)行的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)已圓滿完成一期光譜巡天觀測。一期巡天共發(fā)布光譜901萬，其中高質(zhì)量光譜(信噪比大于10)777萬，確定534萬組恒星光譜參數(shù)。

LAMOST發(fā)布的光譜數(shù)是世界上其他巡天項(xiàng)目發(fā)布光譜數(shù)總和的1.8倍。該數(shù)據(jù)集(DR5)已于2017年12月31日對國內(nèi)天文學(xué)家和國際合作者發(fā)布。此外，一期巡天以來，利用LAMOST數(shù)據(jù)共發(fā)表SCI論文345篇，被引用3000余次。

銀河系的疆界被大大拓展，半徑可能達(dá)到約10萬光年

過去的幾十年，天文學(xué)家普遍認(rèn)為銀河系的半徑約為5萬光年。它的中心附近存在一個棒狀結(jié)構(gòu)，外面呈現(xiàn)盤狀結(jié)構(gòu)(銀盤)、四周被較稀疏的恒星包裹(銀暈)，太陽距離銀河系中心約為2.5萬光年。

此前，人們還認(rèn)為銀盤在距離銀河系中心約5萬光年處有一個清晰的邊界，在這個邊界處銀盤恒星的數(shù)目驟然下降，如同銀盤在此處被切割掉。但是近年來，一些觀測在這個邊界之外陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些屬于銀盤的年輕恒星，這似乎暗示銀盤的邊界應(yīng)該更大。然而，要證實(shí)這點(diǎn)還需要對更多、更遠(yuǎn)的恒星進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2017年底，國家天文臺科研人員利用LAMOST數(shù)據(jù)，通過應(yīng)用復(fù)雜統(tǒng)計(jì)手段精確清點(diǎn)了銀河系外圍恒星的數(shù)目，并成功繪制出銀盤外圍的空間結(jié)構(gòu)剖面圖。

國家天文臺研究員劉超說：“我們從圖中可以看出，銀盤的恒星數(shù)目雖然在隨著銀盤半徑減少，但并沒有在5萬光年處停下來，而是一直延伸到距離中心6.2萬光年處。這比教科書上一直以來引用的半徑大了約1/4。”

2018年，由西班牙加納利天體物理研究所科研人員和中國國家天文臺科研人員組成的國際研究團(tuán)隊(duì)又進(jìn)一步利用LAMOST數(shù)據(jù)和其他相關(guān)數(shù)據(jù)獲取的海量恒星光譜，再次改寫了銀盤尺寸，發(fā)現(xiàn)包含銀河系中大多數(shù)恒星的盤狀結(jié)構(gòu)可能比天文學(xué)家之前認(rèn)為的大很多，半徑可能達(dá)到約10萬光年，銀河系的疆界再次被大大拓展。

劉超說：“這項(xiàng)研究提供了有關(guān)銀盤恒星構(gòu)成的新認(rèn)識，以及銀河系尺寸更為精確的數(shù)據(jù)測量。銀河系尺寸的不斷改寫將促使天文學(xué)家重新審視星系形成及宇宙演化的一般規(guī)律。”

此外，科研人員根據(jù)LAMOST數(shù)據(jù)重新精確計(jì)算，改寫銀河系暈的結(jié)構(gòu)特征，確立為內(nèi)扁外圓的新結(jié)構(gòu)。劉超說：“這一清晰的證據(jù)推翻了前人關(guān)于恒星暈是一個軸比不變的扁球體的猜測，有助于人類重新理解銀河系恒星暈的形成歷史和演化。”

首次測量了近700顆系外行星的軌道偏心率和傾角，太陽系在宇宙中并不是個特例

此次巡天中，科研人員利用LAMOST首次測量了近700顆系外行星的軌道偏心率和傾角，發(fā)現(xiàn)約八成的行星軌道都如同太陽系的近圓形軌道。

國家天文臺研究員趙剛說：“這表明，太陽系在宇宙中并不是一個特例而是具有一定代表性的。在某種程度上增強(qiáng)了我們?nèi)祟悓ふ伊硪粋€地球和地外生命的信心。”

類星體是銀河系外發(fā)光巨大的遙遠(yuǎn)天體，它的能源來自于其中心超大質(zhì)量黑洞吸積周圍物質(zhì)釋放的巨大引力能，是研究遙遠(yuǎn)宇宙的重要探針。

“此次在LAMOST光譜中已發(fā)現(xiàn)了1.2萬余顆類星體，它們的平均紅移為1.5，最高紅移為5。”國家天文臺研究員趙永恒說，“此外，根據(jù)這些數(shù)據(jù)還估算出了其中心黑洞質(zhì)量。這些類星體的發(fā)現(xiàn)將對大樣本類星體的統(tǒng)計(jì)研究提供重要幫助。”

近鄰主星系樣本是21世紀(jì)開始的大規(guī)模星系光譜巡天中的經(jīng)典之作。但由于光纖碰撞效應(yīng)，該樣本在小尺度上具有較高的不完備性。LAMOST巡天中將這些遺漏的星系作為補(bǔ)充星系樣本進(jìn)行觀測。

趙永恒說：“由于巡天范圍廣，在一期巡天中獲得了近萬個補(bǔ)充星系的光譜測量，新增證認(rèn)了近萬個密近星系對。這些密近星系對對研究星系的并合過程具有重要的科學(xué)價值。”

科研人員利用LAMOST數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)了一類新的太陽系外行星族群——熱海星，它們與熱木星有幾個相同的標(biāo)志特征，為揭開熱木星和其它短周期行星起源提供了關(guān)鍵的線索和嶄新的研究方向。

暗物質(zhì)占星系總質(zhì)量的90%以上，但大多數(shù)分布很彌散，在太陽所在位置處暗物質(zhì)所占比例非常低。這就給人類直接探測暗物質(zhì)帶來了巨大困難。

趙永恒說：“我們利用LAMOST數(shù)據(jù)對太陽附近的暗物質(zhì)密度進(jìn)行了重新估算，這對尋找暗物質(zhì)粒子、理解暗物質(zhì)在銀河系中分布具有重要意義。”

此外，利用LAMOST數(shù)據(jù)，科研人員還精確估算了上百萬顆恒星的年齡，使具有精確年齡的恒星樣本增加了1000倍，為銀河系演化研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù);同時，測量近6000顆類太陽恒星的磁活動指數(shù)，發(fā)現(xiàn)太陽具有與超級耀斑恒星相當(dāng)?shù)拇呕顒铀剑C實(shí)太陽有爆發(fā)超級耀斑的可能。

發(fā)現(xiàn)一顆鋰元素含量約為同類天體3000倍的恒星，將國際上鋰含量觀測極限提高一倍

年老的貧金屬星就像宇宙“化石”一樣記錄了宇宙化學(xué)演化的最初歷史，對它們的分析，可以實(shí)現(xiàn)對第一代恒星和早期宇宙本質(zhì)的“恒星考古”。

趙剛說：“我們此次在LAMOST光譜中已發(fā)現(xiàn)了萬余顆金屬含量低于太陽百分之一乃至萬分之一的貧金屬星，構(gòu)建了目前世界上最大的、適合現(xiàn)有大望遠(yuǎn)鏡跟蹤觀測的宇宙化石樣本。”

同時，科研人員還發(fā)現(xiàn)了一批極其稀有的、鋰元素豐度超過正常值上百倍的小質(zhì)量貧金屬星。其中，有一顆星的鋰元素含量約是同類天體的3000倍，這是目前人類已知鋰元素豐度最高的恒星。這一重大發(fā)現(xiàn)已于北京時間8月7日凌晨在線發(fā)表在國際科學(xué)期刊《自然·天文》上。

鋰元素是連接宇宙大爆炸、星際物質(zhì)和恒星的關(guān)鍵元素，一直以來它在宇宙和恒星中的演化都是天文領(lǐng)域的重要研究對象，然而當(dāng)代天文學(xué)對鋰元素的理解還有很大的局限。富含鋰元素的巨星十分稀有，但在揭示鋰元素起源和演化上卻具有重要意義。遺憾的是，過去30余年天文學(xué)家只發(fā)現(xiàn)了極少量的此類天體。

“這顆新發(fā)現(xiàn)的富鋰恒星在銀河系中心附近的蛇夫座方向，位于銀河系盤面以北，距離地球約4500光年。經(jīng)過進(jìn)一步研究我們發(fā)現(xiàn)這顆恒星的鋰元素很可能來自恒星內(nèi)部的一種特殊的物質(zhì)交換過程。”國家天文臺閆宏亮博士說，“這一發(fā)現(xiàn)改變了人類對天體中鋰元素的認(rèn)知，將國際上鋰含量觀測極限提高一倍。”

此外，在LAMOST近千萬光譜中，科研人員大海撈針般地發(fā)現(xiàn)了5顆超高速星，目前世界上已證認(rèn)的超高速星僅有20余顆。

趙剛說：“它們?yōu)樯钊胙芯窟@類速度很高，最終能夠脫離銀河系引力束縛，‘逃離’銀河系的恒星的形成機(jī)制提供了重要的樣本。”

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