星星也有DNA？科学家们靠它揭开了一种恒星的“身世”之谜

　　科技日报记者 李大庆 通讯员 黄京一

　　北京时间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要发现。中科院国家天文台研究员赵刚领导的中日合作研究团队首次揭示了银河系内一种恒星——快中子俘获过程元素含量超高恒星的“身世”之谜，为银河系并合事件提供了确切和可靠的化学证据，为基于化学DNA识别银河系中的“外来移民”提供了新的线索。

　　万物之根：星星的DNA

　　自然界的万物，大到宇宙中的恒星，小到地面上的蚂蚁最终都是由化学元素周期表中的化学元素所组成。而这些元素从何而来呢？

　　科学家认为，宇宙诞生之初，大爆炸产生了大量的氢、氦和极其微量的锂，随后这波大爆炸物质开始冷却，直到2亿年时宇宙中才出现了第一代恒星，恒星的核心就像化学元素的“炼金炉”，可以逐渐炼成各种化学元素。而这些恒星以极其壮烈的方式—超新星爆炸结束自己短暂的一生，将其制造的金属元素散播到星际之中，为后代恒星的产生提供原料。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。像人们熟知的贵金属黄金，制造原子弹所用的铀，在地壳中含量仅有0.000106%并被称为最稀有元素的铕，都属于比铁重的快中子俘获过程元素，也就是重金属元素。天文学家发现恒星很大程度上保留了它诞生时所处环境的化学成分，因此，长大后的恒星身上携带的化学成分就像生命密码DNA一样，成为天文学家揭秘恒星起源的重要线索。

　　那么，星星离我们如此遥远，星光又如此微弱，天文学家如何获知这些星星的奥秘呢？这要感谢19世纪的一位德国光学仪器师——夫琅和费。他第一次发现了太阳光谱。通过光谱，天文学家可以测量出恒星的温度和光度，推断它的大小、年龄、化学成分，甚至可以重现这颗恒星的“星路”历程。

　　中国天文学家自主研制的LAMOST望远镜，又称郭守敬望远镜，是目前世界上光谱获取率最高的天文望远镜，巡天七年，获取了1125万条光谱，这些星光里的“彩虹”为天文学家探索银河系形成与演化及星系物理等前沿科学的种种奥秘提供了最有力的数据支持。

　　奇特发现：银河系中的“金库”

　　银河系的形成和演化一直是天文学家探究的热门问题。天文界更倾向的理论认为，宇宙中一开始有很多小分子云，这些分子云各自形成很小的包含恒星和气体的矮星系。所谓矮星系就是拥有恒星数量较少且总体质量较小的星系。这些矮星系不断地碰撞合并形成更大的星系，也就是银河系的雏形，最后这个初始的银河系不断地吞噬附近的矮星系，最终形成了现在规模的银河系。

　　天文学家一直在寻找矮星系被银河系“吞吃”的证据。如能获知银河系中现有的恒星哪些是银河系原有的“土著居民”，哪些是来自于近邻矮星系的“外来移民”，这对研究银河系形成与演化的历史大有帮助。“我们这项工作就是在这方面取得了一项实质性的研究进展。”论文第一作者、国家天文台邢千帆博士说，依托郭守敬望远镜的光谱数据，研究团队在银晕中发现了一颗快中子俘获过程元素含量超高的重金属恒星。它的铕相对于铁的比率是太阳的10倍之多，大大超出了同类恒星的平均值。它携带了大量包括金元素在内的重元素，堪称银河系的“金库”。目前天文学家在银晕中仅发现了30余颗该类恒星。这颗稀有的恒星来自哪里？它是银河系里的“原始居民”还是来自近邻矮星系的“外来移民”？一系列的问题推动着天文学家继续探寻。

　　DNA鉴定：揭示真实身份

　　被银河系吞噬的矮星系与目前幸存的矮星系具有相近的质量，它们拥有的成员星也具有相似的化学特征，通过研究银河系附近矮星系成员星的化学组成，我们便可获知矮星系家族里恒星的化学特征，从而像做DNA鉴定一样把银河系内来自矮星系的恒星筛选出来。

　　研究人员发现银河系近邻矮星系的成员星中α元素(镁、硅、钙和钛等)的含量明显低于银晕内恒星的平均值。基于此，目前“α元素含量低”的特征就像一条DNA生命密码一样成为了筛选银河系中外来“移民”的有效判据。

　　邢千帆等人对这颗身份可疑、重金属元素含量超高的恒星开展了α元素含量的DNA鉴定。经测量，这颗恒星的α元素含量异常低，仅仅为同类恒星的1/5，而具有类似化学成分的恒星在银河系近邻矮星系中却是普遍存在的。因此，初步断定这颗银晕中的恒星极可能是银河系并合矮星系时带来的“移民”。

　　为了进一步确认这个“外来移民”的身份，天文学家借助日本的8米光学望远镜进行了高分辨率光谱观测，确定了这颗星更加精细的化学成分，获取了其全身上下24种元素的含量，并分别与矮星系恒星和银晕场星做了细致比较，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。这颗恒星的身世和家族史终于浮出水面，最初果然是来自于被银河系瓦解的矮星系。

　　科学家描绘了精彩的故事画面：这颗奇特恒星最开始居住的矮星系“国度”实在没办法和银河系这个强大的“国度”抗衡，最终在不断地撕扯挣扎中被银河系征服吞噬，矮星系“王国”携带包括这颗星在内的恒星成员一起投奔了银河系。

　　论文的通讯作者赵刚认为，这颗重金属元素含量超高恒星的身世揭秘为研究恒星起源提供了新的线索。目前银河系中已发现的30多颗快中子俘获过程元素含量超高的恒星，极有可能全部来自于被银河系瓦解掉的矮星系。因此，在天文学上，“快中子俘获过程元素含量超高”将成为继“α元素含量超低”之后又一个恒星的“化学DNA密码”，帮助天文学家筛选银河系中的外来恒星“移民”。