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  记者从中国科学院国家天文台获悉,北京时间2019年4月30日凌晨,国际科学期刊《自然·天文》在线发布了我国天文学家主导的一项重大发现。由中国科学院国家天文台赵刚研究员领导的中日合作研究团队证实了银河系内一颗重元素(包括银、铕、金、铀等)含量超高的恒星起源自被银河系瓦解的矮星系。

  矮星系是宇宙中数量最多的星系,类似像银河系这样的大型星系被认为是通过并合矮星系形成的,但银河系中有多少恒星来自于矮星系?这些恒星具有什么样的特征?一直让天文学家为之着迷。中国科学院国家天文台助理研究员、文章第一作者邢千帆博士表示,恒星其实在很大程度上能够保留它诞生时所处环境的化学成分,通过分析它们的化学成分可以追溯其起源,从而实现对银河系进行“人口普查”。

  邢千帆、赵刚和李海宁等人依托我国重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST)提供的海量光谱数据,在银河系晕内发现了目前已知铁含量最高的快中子俘获过程元素超丰恒星,是一颗距离地球约为2.2万光年的亚巨星。快中子俘获过程是重元素产生的重要机制之一,宇宙中比铁重的元素主要是通过原子核与中子撞击产生,如果被原子核所捕获的中子速率比中子衰变的速率快,该过程产生的元素就被称为快中子俘获过程元素,例如铕(Eu), 金(Au)和铀(U)等。

  这颗恒星的铕相对于铁的含量比例是太阳的10倍有余,大大超出同类恒星的平均值,目前在银晕中仅发现了30多颗该类型的恒星。更为新奇的是,这颗恒星的镁元素以及其它alpha元素(包括硅、钙和钛等元素)的含量异常低,仅为同类恒星的五分之一,这也是国际上首次在银河系中发现低镁的快中子俘获过程元素超丰恒星。

  通过与日本国立天文台的天文学家进行后续8米光学望远镜高分辨率光谱联合观测,研究团队最终确定了这颗恒星中24种元素的含量,并与矮星系恒星和银晕场星进行了细致比较。对比发现这颗恒星的化学成分与矮星系恒星高度吻合,明显不同于银河系的晕族恒星,表明这颗恒星来自于被银河系瓦解的矮星系,是银河系并合事件的确切和可靠的化学证据。

  而更进一步的分析显示,这颗恒星是在其原属的矮星系经历了极为罕见的中子星并合事件之后形成的。中子星并合能够快速产生大量的快中子俘获过程元素, 可显著提高后代恒星的快中子俘获过程元素含量。到此,这颗恒星真实身份被揭晓:它是一个来自于近邻矮星系,携带“重金”投奔银河系的“外来移民”。

  这颗恒星的发现首次揭示了银河系内快中子俘获过程元素超丰恒星的吸积起源,为银河系并合矮星系提供了清晰的证据,显示银晕中的快中子俘获过程元素超丰恒星极可能全部来自于瓦解的矮星系,同时为中子星并合是快中子俘获过程发生的主要天体物理场所提供了证据支持。它的化学丰度特征将有助于识别吸积自附近矮星系的恒星,为研究银河系的并合历史提供理想的示踪体,加深人类对星系形成和演化的认识。

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