科幻電影《流浪地球》中，地球像宇宙飛船一樣在太空中“四處流浪”。而現(xiàn)實中，與太陽類似的恒星不僅會在本星系內(nèi)運動，甚至?xí)囊粋€星系“流浪”到另外一個星系——這是怎么一回事？經(jīng)濟日報記者帶您一探究竟

　　日前，國際科學(xué)期刊《自然·天文》在線發(fā)布我國天文學(xué)家主導(dǎo)的一項重大發(fā)現(xiàn)，中國科學(xué)院國家天文臺趙剛研究員領(lǐng)導(dǎo)的中日合作研究團隊證實了銀河系內(nèi)一顆重元素（包括銀、銪、金、鈾等）含量超高的恒星來自被銀河系瓦解的矮星系。

　　論文作者、國家天文臺副研究員李海寧表示，銀河系周圍約有50多個矮星系，均受到銀河系強大的引力，甚至被銀河系“吞并”，從而在銀河系中留下大量星際“移民”。一旦這些移民恒星久居于銀河系，便很難將它們與銀河系的土著恒星區(qū)分開。而此次發(fā)現(xiàn)，為銀河系并合事件提供了確切可靠的化學(xué)證據(jù)，為識別銀河系中的“外來移民”提供了新的線索。

　　元素：恒星的DNA

　　自然界的萬物，大到宇宙中的恒星，小到地面上的螞蟻均由化學(xué)元素周期表中的化學(xué)元素所組成。然而，這些元素從何而來呢？

　　曾獲得諾貝爾物理學(xué)獎的化學(xué)元素合成理論是這樣描述的：宇宙誕生之初，大爆炸產(chǎn)生了大量的氫、氦和極其微量的鋰。隨后，這波大爆炸物質(zhì)開始冷卻，直到2億年后，宇宙中才出現(xiàn)了第一代恒星。

　　具體而言，恒星的核心就像化學(xué)元素的“煉金爐”，恒星可以在其中逐漸煉成各種化學(xué)元素。其中，比氦重的元素都被天文學(xué)家稱為“金屬”元素。當(dāng)這些恒星以極其壯烈的方式——超新星爆炸結(jié)束生命之時，其制造的金屬元素將被播散到星際之中，為后代恒星的產(chǎn)生提供原料。

　　宇宙中，比鐵重的元素主要是通過原子核與中子撞擊產(chǎn)生。如果被原子核所捕獲的中子速率比中子衰變的速率快，該過程產(chǎn)生的元素就被稱為快中子俘獲過程元素。像人們熟知的貴金屬黃金，制造原子彈所用的鈾，在地殼中含量僅有0.000106%并被稱為最稀有元素的銪，都屬于比鐵重的快中子俘獲過程元素。我們可以簡單地把快中子俘獲過程元素稱為“重金屬”元素。

　　天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，恒星很大程度上保留了它誕生時所處環(huán)境的化學(xué)成分，因此無論長大后的恒星何去何從，它們身上攜帶的化學(xué)成分就像生命密碼DNA一樣，能夠成為天文學(xué)家揭秘恒星起源的重要線索。

　　然而，星星離我們?nèi)绱诉b遠，星光又如此微弱，天文學(xué)家如何獲知這些星星的奧秘呢？

　　這要感謝19世紀(jì)的德國光學(xué)儀器師夫瑯和費（J.Fraunhofer）第一次發(fā)現(xiàn)了太陽光譜。利用太陽光譜，可以探測太陽大氣的化學(xué)成分、溫度、壓力、運動、結(jié)構(gòu)模型以及形形色色活動現(xiàn)象的產(chǎn)生機制與演變規(guī)律，可以認證輻射譜線和確認各種元素的豐度。

　　光譜的發(fā)現(xiàn)，真正開啟了人類探索恒星內(nèi)部化學(xué)組成的大門。恒星光譜就像恒星的指紋，天文學(xué)家可以通過一個恒星的光譜測量其溫度和光度，推斷出它的大小、年齡、化學(xué)成分，甚至可以重現(xiàn)這顆恒星的“星路”歷程。

　　目前，世界上光譜獲取率最高的天文望遠鏡是由中國天文學(xué)家自主研制的郭守敬望遠鏡（LAMOST）。它巡天7年，獲取了1125萬條光譜。這些星光里的“彩虹”為天文學(xué)家探索銀河系的形成與演化，以及星系物理等前沿科學(xué)的種種奧秘提供了最有力的數(shù)據(jù)支持。

　　重元素超高：露出馬腳

　　那么，銀河系是如何形成的呢？

　　天文界更傾向的理論認為：宇宙初始有很多小分子云，這些分子云各自形成很小的包含恒星和氣體的矮星系。所謂矮星系，就是擁有恒星數(shù)量較少，且總體質(zhì)量較小的星系。然后，這些矮星系不斷碰撞合并形成更大的星系，也就是銀河系的雛形。最后，這個初始的銀河系不斷“吞噬”附近的矮星系，最終形成了現(xiàn)在規(guī)模的銀河系。

　　長久以來，天文學(xué)家一直在努力尋找矮星系被銀河系“吞噬”的證據(jù)，以獲知銀河系中現(xiàn)有恒星到底哪些是原有的“土著居民”，哪些是來自于近鄰矮星系的“外來移民”，從而推動銀河系形成與演化的研究。

　　論文第一作者、國家天文臺邢千帆博士介紹說，依托我國重大科技基礎(chǔ)設(shè)施LAMOST的光譜數(shù)據(jù)，研究團隊在銀暈（銀河系外圍由稀疏分布的恒星和星際物質(zhì)組成的球狀區(qū)域叫銀暈）中發(fā)現(xiàn)了一顆快中子俘獲過程元素含量超高的重金屬恒星。這顆恒星的銪相對于鐵的比率是太陽的10倍之多，大大超出了同類恒星的平均值。它攜帶了大量包括金元素在內(nèi)的重元素，堪稱銀河系的一個“金庫”。

　　目前，天文學(xué)家在銀暈中僅發(fā)現(xiàn)了30余顆該類恒星，如此稀有的恒星引起了天文學(xué)家的強烈好奇：這些恒星到底來自哪里？它們是銀河系里的“原始居民”，還是來自近鄰矮星系的“外來移民”？

　　一系列的問題推動著天文學(xué)家繼續(xù)前行。而要為恒星尋宗問祖，仍需從星星們的DNA——化學(xué)元素的組成開始研究。

　　DNA鑒定：揭示真實身份

　　被銀河系吞噬的矮星系與目前幸存的矮星系具有相近的質(zhì)量，因此，它們擁有的成員星也具有相似的化學(xué)特征。通過研究銀河系附近矮星系成員星的化學(xué)組成，天文學(xué)家便可獲知矮星系家族里恒星的化學(xué)特征，從而像做DNA鑒定一樣，把銀河系內(nèi)來自矮星系的恒星篩選出來。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，在銀河系近鄰矮星系的成員星中，α元素（鎂、硅、鈣和鈦等）的含量明顯低于銀暈內(nèi)恒星的平均值?；诖耍壳啊唉猎睾康汀钡奶卣骶腿缤粭lDNA生命密碼，成為篩選銀河系中外來“移民”的有效證據(jù)，幫助天文學(xué)家找出銀暈中最初來自于矮星系的恒星。

　　根據(jù)這個線索，邢千帆等人對這位身份可疑、重金屬元素含量超高的恒星開展了α元素含量的DNA鑒定。經(jīng)測量，這顆恒星的α元素含量異常低，僅為同類恒星的五分之一——而具有類似化學(xué)成分的恒星在銀河系近鄰矮星系中卻普遍存在。因此，初步斷定這顆銀暈中的恒星是“外來人員”，極可能是銀河系并合矮星系時帶來的“移民”。

　　為進一步證實這顆恒星的真實身份，我國天文學(xué)家借助日本的8米光學(xué)望遠鏡開展了高分辨率光譜觀測，確定了該星更加精細的化學(xué)成分，獲取了其24種元素的含量，并分別與矮星系恒星和銀暈場星進行了細致比較，對比發(fā)現(xiàn)這顆恒星的化學(xué)成分與矮星系恒星高度吻合，明顯不同于銀河系的銀暈場族恒星。

　　通過以上的DNA親子鑒定，這顆奇特恒星的“身世”和“家族史”終于浮出水面——它果然是來自于被銀河系瓦解的矮星系。

　　這讓人不禁感嘆，宇宙的星空舞臺上，原來也上演過如此精彩的故事：這顆恒星起初居住的矮星系“國度”實在沒辦法與銀河系這個強大的“國度”勢均力敵，最終在不斷撕扯掙扎中被銀河系征服吞噬，矮星系“王國”攜帶包括這顆星在內(nèi)的恒星成員一起投奔了銀河系。于是，才有了今天天文學(xué)家?guī)退鼘ぷ趩栕娼颐厣硎赖慕茏鳌＿@顆恒星的發(fā)現(xiàn)及其“身世”的揭秘，也為銀河系并合事件提供了確切可靠的化學(xué)證據(jù)。

　　“科學(xué)的美妙在于，即便我們當(dāng)時看不到它，但人類的智慧卻能讓我們在千萬年之后預(yù)見它、證實它，重現(xiàn)宇宙星空一個個精彩的故事?！崩詈幷f。

　?。ㄔd于《經(jīng)濟日報》 2019-05-09 15版）