郭守敬望遠镜巡天發現銀河系合併矮星系的化學證據


中國科學院國家天文台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)含量超高的恆星起源自被銀河系瓦解的矮星系,首次揭露這類稀有恆星的吸積起源,深化了對重元素產生機制的認識,為基於恆星化學成分識別來自附近矮星系的恆星提供了重要線索。

類似銀河系這樣的大型星系被認為是通過並合矮星系形成的,但天文學家對銀河系中有多少恆星來自於矮星系以及這些恆星具有什麼樣的特徵所知之甚少。恆星很大程度上保留了它誕生時所處環境的化學成分,通過分析恆星的化學成分可以追溯它們的起源。

由郭守敬望遠镜巡天提供的大量光譜數據,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(fast neutrons)俘獲過程元素超豐恆星。快中子俘獲過程是重元素產生的重要機制之一,例如銪(Europium)、金和鈾等重元素都屬於快中子俘獲過程元素。這顆恆星的銪相對於鐵的豐度是太陽的十倍有餘,大大超出同類恆星的平均值,目前在銀暈中僅發現了三十多顆該類型的恆星。更為新奇的是,這顆恆星的鎂元素以及其它alpha元素(包括矽、鈣和鈦等元素)的含量異常低,僅為同類恆星的五分之一,而具有類似化學成分的恆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含量極高的恆星。

通過與日本國立天文台的天文學家利用日本八米昴宿星團光學望遠鏡高分辨率光譜聯合觀測,研究團隊確定了這顆恆星中二十四種元素的含量,並與矮星系恆星和銀暈場星進行了細緻比較。對比發現這顆恆星的化學成分與矮星系恆星高度吻合,明顯不同於銀河系的暈族恆星,表明這顆恆星來自於被銀河系瓦解的矮星系,是銀河系合併事件的確切和可靠的化學證據。進一步的分析顯示這顆恆星是在其原屬的矮星系經歷了極為罕見的中子星並合事件之後形成的。中子星並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。

這顆恆星的發現首次揭露銀河系內快中子俘獲過程元素含量極高的恆星的吸積起源,為銀河系合併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含量極高的恆星極可能全部來自於瓦解的矮星系,同時為中子星並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。它的化學豐度特徵將有助於識別吸積自附近矮星系的恆星,為研究銀河系的並合歷史提供理想的示踪體,加深人類對星系形成和演化的認識。

【圖:中國國家天文;文:節錄自中國科學院國家天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】 研究全文刊登在已經出版的《自然天文學》期刊

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