去年11月的一次餐敘上,西華師范大學物理與天文學院副研究員何治宏被友人追問:剛投給《自然-天文》的論文到底寫了什么?
“關于銀河系和恒星。”他指了指餐桌上轉動的玻璃轉盤,打了個比方:“這個好似運轉的銀河系,而服務員不斷上的菜,就像是從銀河系外被引力吸進來的氣體。學界認為,銀河系把這些氣體‘吃’進去吸收掉,才得以持續誕生新恒星,維持自己的生態系統。”
3月11日,文章順利見刊。幾個月前那個餐桌比喻背后的理論,隨著兩個新發現的星團一起走進了公眾視野。
其中寫道,何治宏團隊首次在銀河系外圍的環星系介質中發現恒星形成活動,為“銀河系通過吸積外部氣體維持恒星形成”理論提供了首個直接觀測證據。而且他們將觀測到的兩個剛誕生不久的藍色“嬰兒”星團,冠以我國四川名山之名:峨眉。
研究人員通過計算追溯了它們的起源,發現其來自1100萬年前高速吸積氣體內部兩塊致密氣體的猛烈碰撞。當時,一團巨大的氣體正高速沖向銀河系,內部致密氣體的劇烈相撞產生了極度的壓縮環境,最終點燃了這對新生的恒星團。
發現藍色“嬰兒” 找到重要“路標”
越年輕的恒星溫度越高,顏色越藍。峨眉星團就是這樣一群“藍色嬰兒”,年齡僅約1100萬年,在宇宙137億年的歲月中,如同剛呱呱墜地。
何治宏最開始發現它們,是在查看郭守敬望遠鏡(LAMOST)的光譜衍生數據時。“先注意到了一對挨得很近的大質量恒星,隨后便用歐洲航天局蓋亞空間望遠鏡(Gaia)的高精度天體測量數據,繪制了相關顏色-星等圖。”
圖上用顏色區分恒星的“年齡”。“年老”的以紅色表示,密密麻麻占了大多數。
而代表“年少”的藍色恒星,則密密麻麻地聚成一道醒目的窄帶。“周圍全是老年人,突然出現一群年紀那么小的,太顯眼了。”他笑稱。
研究表明,“嬰兒”星團在天空中的運動速度幾乎完全一致,距離也相同。把它們的三維位置投到空間坐標系上,可以清晰地看到兩團密集的恒星,一大一小。后來,它們被稱為峨眉一號和峨眉二號。
當何治宏檢查德國EBHIS(Effelsberg-Bonn HI Survey)射電巡天數據時,又發現這兩個星團的位置和速度,與環繞在其周圍的一大團氣體云高度吻合。這團氣體的輪廓酷似彗星,呈頭尾結構,而兩個星團恰好位于它的“頭部”。
這團氣體云被天文學家稱為“高速云”。顧名思義,一種以極高速度穿梭在銀河系星系暈中的巨大中性氫氣體團。
學界早有理論模型指出,銀河系通過不斷吸積其周圍環星系介質中的氣體來維持內部生態系統,而這種氣體吸積過程的一個重要表現形式就是“高速云”。因此,高速云一直被視作揭示銀河系如何從外界“吸積”氣體、維持自身“進食”的“鑰匙”。
然而,由于始終未能在這些高速云內部直接探測到伴生的恒星或其遺跡,天文學界無法準確測量它們的距離和金屬豐度,導致高速云的三維軌道、起源及其與銀河系相互作用的細節,長期懸而未決。
如今,峨眉雙星團成為了天然的“路標”。通過測量恒星與地球的距離,何治宏團隊將這團高速云的位置鎖定在4.5萬光年,恰好位于銀河系外圍。
同時,基于郭守敬望遠鏡的巡天光譜數據,團隊發現峨眉雙星團具有極低的金屬豐度。這一化學特征與銀河系內部高金屬豐度的環境不符,卻與環星系氣體吻合,從而確認了雙星團是跟著高速云母體“外來的”。
上述兩個證據,共同直接證實了銀河系正在吸積外部的氣體。
“有了位置、距離、年齡、速度,我們模擬了星團在銀河系氣體阻力下的軌道,回推1100萬年,想看看它在哪出生。”當在氣體通道圖上標出“出生地”的黃色星號時,何治宏發現,這個位置正好與另一團氣體云重合。
“根據恒星形成理論,兩團致密氣體的碰撞可能會催生新的恒星。因此我們推斷,很可能是在1100萬年前,這兩團氣體相撞,從而孕育出了峨眉一號和峨眉二號。”他表示,這相當于首次揭示,原始氣體在尚未完全融入銀河系之前,其內部就已經可以“孕育”恒星了。
值得一提的是,氣體被銀河系吸積進來之后,再與銀河系內部的氣體相互作用,也有可能產生恒星。這種情況有過理論推測,但目前缺乏直觀的證據。
星團飄散前 登峨眉邀“峨眉”
回溯整個發現過程,研究團隊并沒有做任何直接觀測,而是對公開的數據進行了一次整理挖掘。
郭守敬望遠鏡光譜數據鎖定了目標對象,又和歐洲航天局蓋亞空間望遠鏡的高精度天體測量數據一起拼出了基本“輪廓”。而德國EBHIS射電巡天數據,則勾勒出星團周圍的氣體環境,還原了事情的來龍去脈。多方面的數據“環環相扣”,讓研究團隊得以認識“峨眉”雙星團。
“以前沒找到現在找到了,主要原因就是我們用的數據更全面。”何治宏說道。
跨領域的視角也很重要。“在過去,天文學研究中,做光學的很少用射電數據,做射電的又很少看光學的東西,但這些年的趨勢是多波段聯合。”何治宏恰好對兩方面都感興趣。
在中國科學院南京紫金山天文臺恩師的教導下,碩士期間他學過射電數據處理,而博士期間的研究又與光學天體測量相關。“在這個課題上,我正好可以結合起來。雖不是什么特殊技能,但確實有效。”
從“峨眉”雙星團的發現到確認,何治宏只花了一兩天的時間。他總是記得讀研究生時曾有授課老師教過科研要“四快一慢”的原則,即“看文獻快,演算快,驗證想法快,寫文章快”。
“核心結論要盡快‘敲定’,但投文章要慢,留足時間修改。”這次投給《自然-天文》的文章,他花了半年時間修改。
不過這位研究人員強調,目前取得的成果只是打開了一扇窗。后續要做的研究還有很多,例如擴大核心觀測樣本,開展合作進行更精細的直接觀測。
關于雙星團和高速云的未來,何治宏有一些推測。當高速氣體沖向銀河系時,會受到巨大阻力,速度逐漸減慢,最終被“吃掉”、留在銀河的星盤上。“氣體中孕育出的恒星,由于質量大、表面積小,幾乎不受阻力影響,可能會脫離,跑到更高的地方,繞銀河系運行若干圈后,再慢慢回歸。”
也許經過數億年,雙星團繞著銀河系運行幾周后,又會逐漸瓦解,不再成團。而是像一條帶子,飄落在宇宙中。
在完全消散之前,大眾還有機會一睹它們原本的容顏。峨眉山金頂,正是這對雙星團的最佳觀測地點之一。
“就如‘舉杯邀明月’一樣,我們亦可登峨眉邀‘峨眉’。”何治宏沒想到,自己堅持的“要用中國自己的文化符號,去命名自己發現的天體”這一理念,竟成就了這樣的巧合。
“金頂足夠開闊,光污染少。”他建議,最佳觀測時間是冬季或春季上半夜,但需使用專業相機接駁天文望遠鏡。“星團中最亮恒星的精確坐標為‘赤經01:50:46.6’、‘赤緯+56:25:25.8’,可供天文愛好者定位追蹤。”
相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41550-026-02814-9
“峨眉”雙星團在銀河系中的坐標。受訪者供圖