给银河系外来客做个“DNA鉴定”
银河系周围的星流 NASA
近日，一条“国家天文台在银河系发现新星流”的消息成了天文领域的热点新闻。
国家天文台研究员赵刚领导的研究团队，根据恒星运动特征和化学特征发现了银河系并合形成的新证据。他们发现了7个源自银河系并合过程的新星流以及33颗所谓“低α丰度恒星”。这些星流和低α丰度恒星被认为源自于银河系附近的矮星系。
这条几百字的简短新闻却引发了广泛关注，天文爱好者们纷纷发问：星流是什么？银河系这是发生了啥？
记录星系形成的化石
星流是指在位置、运动学或化学性质等方面具有共同本质特征的一群恒星，因其在空间中呈现长条形水流状分布得名。根据万有引力定律, 宇宙中的小星系一旦靠近巨星系，就会受到强大的引力潮汐作用，并逐渐被扭曲、瓦解，形成纤细而壮观的星流。根据天文学家的理论研究估计，在银河系存在着200到500个星流。
如果追根溯源，会发现这些星流通向不同的发源地。作为“外来者”的它们从哪里来，为什么来到了银河系，什么时间来的？这些一直都是天文学家不断追寻的科学问题。赵刚在接受科技日报记者采访时说：“这些星流像化石一样，记录着星系的组装过程，搞清楚它们的来源就能了解银河系形成的历史。”
从古至今，全世界的人们对于银河系都有超乎寻常的热情。不管是古罗马、欧洲，还是古代中国，甚至美洲印第安人部落，都有许多关于银河系的传说，然而人类对银河系的科学研究和了解却是近代才开始的。
赵刚介绍，1978年澳大利亚天文学家提出银河系并合形成模型，这为星流的存在提供了理论依据，直到1991年，天文学家才第一次真正观测到星流。
由于“土著居民”相对均匀地分布在银河系中，而且相对星流来说数量更多，作为外来者的星流几乎无法从点点繁星中突显出来，也就很难被发现。更糟糕的是，经历了长达几十亿、甚至上百亿年的运动之后，星流中的恒星会散落到空间中的不同位置，融入银河系的大家庭中。庆幸的是，日新月异的天文技术能让天文学家藉着恒星运动的微妙线索，在茫茫星海之中找到这些“星际移民”的蛛丝马迹。
它们是怎么被发现的
赵刚和他的同事们提出，随时间的演化，星流会经历三种形态——早期形态、中期形态和晚期形态。当星流处于早期形态时，它们在物理空间上还是聚集在一起，观测的图像上会显示出一条密度带。这种空间成团的星流通过成像观测，并采用简单的滤波匹配技术，就很容易被发现。当星流演化到中期形态时，由于经历了长期的银河系潮汐力的扭曲和瓦解，它们的成员星隐藏在银河系的各个角落，因此探测难度大大增加。只能通过小波技术等先进方法，才可能探测到在运动学特征方面有密切相似性的成员星。到了演化晚期形态，星流的成员星完全游弋于浩渺的银河系中，只有通过细致的光谱分析获得它们携带的母星系的化学印迹，就像做DNA鉴定，才能识别出来。因此，其探测被天文学界公认为“难啃的骨头”。
直到现在，在预计存在的200到500个星流中，天文学家观测到的最多不过六七十个。但是这一次，赵刚团队在运动学空间发现了7个源自银河系并合过程的新星流，发现了33颗丰度不同于普通恒星的所谓“低α丰度恒星”。前者属于探测难度颇高的中期形态星流，后者属于晚期形态星流，正是最“难啃的骨头”。
“所谓α丰度，是指恒星中氧、镁、硅、钙以及钛这几种α族元素的含量。”国家天文台研究员赵景昆告诉科技日报记者，银河系恒星的α丰度比周围小个头矮星系中恒星的α丰度要高。因此，这个参数某种程度上能说明它们的“出身”。
庆幸的是，结果让他们欣慰。毕竟，他们在运动学空间发现的7个新星流，是国际同行发现总数的一半；在化学空间，他们发现的33颗“低α丰度恒星”，是国际同行发现总数的两倍。
盖亚卫星将带来新发现
在星系天文学中，银河系具有不可替代的重要地位。就单个星系而言，人类对银河系的观测资料最为丰富。由银河系得出的结论可以作为探索河外星系的基础。因此，人们对银河系的研究格外重视。
国家天文台此次的新发现一经公布，就有不少网友在网络上讨论，这次发现为什么这么多人关注？对研究银河系有什么用？
“中晚期星流的观测和研究是我们理解银河系非常重要的证据，就好像‘人口普查’，我们知道每一颗星是从哪里来的，才有可能知道在漫长的岁月里，银河系曾经发生了什么。”赵刚说。
这就不得不提到一个著名的天文学问题——“矮星系缺失之谜”。理论模拟表明，银河系中可能存在着几百个星流，但在银晕中只观测发现14个运动学空间成团的星流。即使加上空间成团的几十个星流，观测与理论在星流数量上还是存在巨大的量级差别。这个问题使得银河系形成问题变得更加扑朔迷离。
这一次，赵刚研究团队新发现的星流不仅缩小了理论与观测的差距，而且证实了潮汐瓦解的星流在经历十几亿年的演化后，仍然可以在运动学空间找到它们具有共同起源的痕迹，从而开辟了利用大型光谱巡天数据在运动学空间探测星流的新方法。
研究团队成员、国家天文台助理研究员邢千帆告诉科技日报记者，这次研究都是基于LAMOST银河系光谱巡天数据进行的。明年，欧洲航天局发射的“盖亚”卫星将会有新的数据发布，“盖亚”卫星的观测包括了银河系内的约10亿颗恒星的精确观测数据。届时，研究人员进行新的分析研究，预期一定会有新的重要发现。（记者 李 艳）
