郭守敬望远镜揭秘银河系成长史
郭守敬望远镜揭秘银河系成长史
2024年10月，一项基于郭守敬望远镜（LAMOST）和欧洲航天局盖亚（Gaia）卫星数据的研究，揭示了银河系一个惊人的秘密：在宇宙诞生后的数亿年内，银河系就已经形成了一个清晰的盘状结构。这个被命名为“盘古”的古老结构，将我们对银河系形成历史的认识向前推进了数十亿年。
郭守敬望远镜：揭秘宇宙的利器
郭守敬望远镜，全称大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST），是中国首个天文大科学装置，位于河北省兴隆县的国家天文台兴隆观测站。这台望远镜具有独特的设计，能够同时观测4000个天体的光谱，是目前世界上光谱获取率最高的望远镜之一。
自2011年正式运行以来，郭守敬望远镜已经获得了超过2000万条高质量的恒星光谱，成为天文学家研究恒星性质、银河系结构和演化的重要工具。通过与盖亚望远镜的合作，科学家们能够同时获得恒星的位置、运动和光谱信息，为研究银河系的形成历史提供了前所未有的数据支持。
“盘古”：银河系最早的“种子”
在最新的研究中，科学家们利用郭守敬望远镜和盖亚望远镜的数据，对银河系中数十万颗恒星的年龄和空间分布进行了精确测量。他们发现了一群非常古老的恒星，这些恒星的年龄高达130亿至135亿年，它们的空间分布呈现出清晰的盘状结构。
这一发现颠覆了传统的银河系形成理论。根据暗能量和冷暗物质模型（ΛCDM），宇宙早期环境动荡不安，星系之间存在频繁且剧烈的吞噬和合并现象，这使得早期星系盘难以存在和维持。因此，长期以来人们普遍认为银晕是银河系最古老的结构，而银盘则晚于银晕，大约在100亿年前形成。
然而，“盘古”的发现表明，银河系的盘结构比之前认为的要早得多。这个古老的盘状结构不仅在宇宙诞生后的数亿年内就已形成，而且在随后的130多亿年中得以幸存下来。研究还发现，“盘古”的恒星质量约为2×109（20亿）倍太阳质量，远大于早期银晕的恒星质量，这表明“盘古”可能是极早期银河系的主导结构。
银河系形成的全新图景
这一发现为我们描绘了一个与传统理论不同的银河系形成图景。研究显示，在“盘古”形成后的50亿年间，古银盘的恒星质量持续增长，直至80亿年前停止形成，期间总共形成了200亿倍太阳质量的恒星，峰值恒星形成率约为11倍太阳质量/每年。
更有趣的是，研究还揭示了古银盘的结构演化特征。科学家们发现，古银盘的演化主要发生在垂直银盘面的方向，这一过程可能由形成恒星的气体垂向冷却和恒星垂向加热机制共同决定。通过与星系流体数值模拟数据进行对比，研究团队发现实际的银盘比数值模拟中的银盘要更薄，这表明银河系实际经历的早期演化环境比理论预期要更加宁静。
更多的发现
除了“盘古”结构，郭守敬望远镜还带来了其他令人兴奋的发现。例如，2024年8月，一个研究团队基于LAMOST的中分辨率光谱数据，在银河系中发现了一颗铕元素含量最高的恒星。这颗恒星的铕元素含量是太阳的6倍，为研究银河系的化学演化提供了新的线索。
这些发现不仅丰富了我们对银河系形成历史的认识，也为检验星系形成理论和了解早期宇宙环境提供了独特视角。随着郭守敬望远镜持续积累更多观测数据，相信未来还将有更多关于银河系和宇宙起源的奥秘被揭示。
展望未来
郭守敬望远镜的这些发现，不仅展示了中国在天文学领域的技术实力，也体现了国际合作在现代天文学研究中的重要性。通过与盖亚望远镜等国际设备的合作，科学家们能够获得更全面的天体信息，从而推动天文学研究的深入发展。
随着技术的不断进步，未来的望远镜将能够观测到更遥远的宇宙，获取更精确的天体数据。这些数据将帮助我们进一步理解宇宙的起源、演化以及我们在其中的位置。而郭守敬望远镜，无疑将在这一探索过程中继续发挥重要作用。