数值模拟鲸鱼座星流形成过程图
受访者供图

天闻频道

　　最近，紫金山天文台常江博士、上海天文台袁珍博士和国家天文台赵刚研究员等人合作完成了一系列高精度动力学数值模拟，在计算机中重构出鲸鱼座星流的形成过程，并对鲸鱼座星流在被银河系吞食前的样子做了画像。

　　就像警察通过犯罪现场留下的痕迹还原犯罪过程一样，该团队通过计算机利用大量数值模拟矮星系被各种“剥洋葱”和“拉拉面”的过程，还原出了一个几亿倍太阳质量的矮星系如何被银河系慢慢吞食并留下天文学家观测到的鲸鱼座星流的过程。

　　制造星流是“宇宙大厨的一场厨艺秀”

　　天文学家发现，在银河系附近有很多恒星组成的河流状结构，这些结构被称为“星流”。“星流”的形成过程非常独特，用常江的话说，“就像宇宙大厨在为人类秀厨艺一般”。

　　当矮星系（光度最弱的一类星系）被银河系的引力捕获后，会被银河系吞食。但矮星系并不是被银河系一口吞下，整个过程要历时几十亿年。其间，矮星系内的恒星被银河系的潮汐力剥离出来，并慢慢融入银河系。

　　“你可以将矮星系想象成一个洋葱。”常江用常见事物向科技日报记者进一步解释，银河系用潮汐作用把“洋葱”一层层地剥开，被剥下来的“洋葱瓣”由于能量和动量的差异会沿着轨道同时向两边伸长，延展出的星流就像拉面师手中的面团，被越抻越长。

　　为星流“画像”需攻克两道难关

　　常江告诉科技日报记者，要为鲸鱼座星流做画像，难点有两个：一是准确发现，二是精准重构。

　　在以前，由于望远镜观测技术的限制，只能看到小质量矮星系或者更小质量的球状星团形成的细星流，即“小碗细面”。而近几年来，随着以我国郭守敬望远镜（LAMOST）为代表的地面望远镜和以欧空局盖亚（GAIA）项目为代表的空间望远镜的陆续投入使用，对星流的研究开始深入到大质量矮星系形成的弥散星流，即“大碗宽面”。

　　但是，如何从恒星的海洋中将弥散星流认证出来，也就是如何“从大锅中把煮烂的宽面捞出来”，是一件非常困难的事情。

　　国外对星流的发现和重构主要集中在细星流，而国内由于拥有郭守敬望远镜的精确数据和自主开发的两种在动力学相空间中星流认证的算法，因此能从恒星的海量观测数据中发现弥散星流。

　　得益于中国天文事业在“捞面”环节处于世界前列，接下来的数值模拟重构过程也会比国外的其他研究团队快一步。

　　“国外在大质量弥散星流方向的研究还很粗糙，只是给出了星流形成的模糊可能。”常江介绍，该团队在一年多的时间里进行了数百次模拟，可以较可靠地给出鲸鱼座星流前身——矮星系的质量、形态以及星流开始形成的时刻等信息。“这种对星流形成过程细节上的深入研究在国外的同类研究中是没有的。”常江说。

　　或可推动对银河系形成历史的认识

　　银河系是人类所处的“岛宇宙”，包含了约1000亿颗恒星，范围超过5万光年。对银河系的形成、演化、整体结构以及银河系近邻宇宙学的研究一直是天文学的重点和前沿。

　　相对于“小碗细面”的局限性，“大碗宽面”是处于赵刚提出的关于星流形成三阶段理论的第二和第三阶段的星流——它们形成时间更长，空间范围更大，不仅包含了大范围银河系结构的信息，还可以反映银河系更为久远的历史。

　　“研究‘大碗宽面’可以让我们不论在空间上还是在时间上都会对银河系有更为全面的认识，让我们更清楚人类所处的这个‘岛宇宙’是如何形成的，又如何通过吞食周围的气体和矮星系慢慢成长为现在的模样。”常江说。

　　最近，美国等国的研究团队陆续发现了和鲸鱼座星流有关的恒星结构，这些结构要么可能是鲸鱼座星流的一部分，要么可能受到鲸鱼座星流形成过程的扰动。这表明，对鲸鱼座星流的发现和重构或可进一步推动人类对银河系形成历史的认识。