用郭守敬望远镜描绘出银河系伴星系——人马座矮星系星流的三维空间轨道分布

利用郭守敬望远镜，描绘了银河系的伴星系——人马座矮星系中恒星流的三维空轨道分布。

据科技日报报道(实习记者余子月):银河系中有很多伴星系，比如大麦哲伦星云和银盘下的小麦哲伦星云。就像地球引力使月球转动一样，银河系也是如此。

近日，中国科学院天文研究中心杰出青年研究员、上海天文台博士后李静，中国科学院国家天文台研究员刘超等人利用郭守敬望远镜首次描绘了人马座矮星系流(以下简称人马座流)的三维空轨道分布。这项研究成果已经发表在《天体物理学杂志》上。

银河的代表作《拉面》

“人马座星流是由无数恒星组成的‘星带’，分散在人马座矮星系的前后，就像这个星系向前吐的火焰，留下的尾巴。”告诉李晶科技日报记者。

银河系和人马座矮星系可能都形成于100多亿年前。这个矮星系的初始质量大约是银河系的十分之一。后来，人马座矮星系“扑”向银河系，被银河系的引力俘获，成为伴星系。现在这个矮星系位于人马座，所以被天文学家命名为人马座矮星系。

矮星系在坠入银河系前耗尽了气体，恒星在气体中诞生。没有气体，就没有恒星的基本材料，所以人马座矮星系再也不能像银河系一样每隔一段时间就有新的恒星诞生。“从某种意义上说，它是一个死星系。”刘超说。

后来人马座矮星系被剥离了很多恒星，形成了星流。一般认为它的主质量只有原来质量的万分之一，现在和银河系相比已经成了不折不扣的“小不点”。

星流是如何形成的？"它被潮汐力拉了出来."李静说。

当引力源对物体施加力时，由于物体上各点与引力源的距离不同，引力也不同，从而对物体产生引力差和撕裂作用。这种重力差异就是潮汐力。

“小不点”星系被银河系牢牢抓住，无法逃脱。星系的形状也被银河系产生的巨大潮汐力逐渐拉长，就像把面团拉成面条，拉伸拖尾，最后拉出比银河系直径还长的线条。

由于人马座矮星系一直围绕银河系旋转，银河系拉出的星流也大致沿着矮星系的轨道像丝带一样环绕银河系，现在有两三圈之多。

“这也可以看作是银河系‘吃’的过程。”告诉刘超科技日报记者。

人马座矮星系环绕银河系的轨道呈椭圆形。人马座矮星系远离银河系时，暂时自救。当它扑向银河系时，潮汐力首先将矮星系“撕成碎片”，从靠近银河系的矮星系位置“拉出”一些恒星，成为矮星系的“碎片”，落在矮星系的轨道上，形成星流。

这些陨落的恒星失去了母星系的“保护”，逐渐被银河系俘获，成为银河系的一员。

多国科学家画肖像

人马座矮星系的生命历程是一部与银河系“捉迷藏”的斗争史，而人类遭遇这个矮星系并逐渐揭开星流面纱的过程则是一部多国天文学家和物理学家共同参与的斗争史。

1994年，剑桥大学的天文学家伊贝塔、欧文和吉尔摩用施密特望远镜首次发现了这个比大麦哲伦星云和小麦哲伦星云都近的小星系。要知道，早在16世纪，葡萄牙航海家麦哲伦在环球航行时，就首次对大小麦哲伦星系进行了准确的描述。

“人马座矮星系距离银河系中心大约6万光年，在银河系的盘面上。从地球上看，它只是躲在银河系中心的后面，很容易被忽略。”刘超指出，大、小麦哲伦星云虽然距离我们几十万光年，但它们就在银盘下方，在南半球肉眼就可以分辨出来。

人类天文观测史上“出现”新的矮星系后，星流结构的消息被学者们陆续观测到。直到2002年，伦斯勒理工学院的物理学家纽伯格等人分析了美国斯隆数字巡天项目(SDSS)获得的天文数据，确定人马座矮星系附近存在波纹状的星流，似乎与人马座矮星系有着千丝万缕的联系。

2003年，弗吉尼亚大学的majewski利用红外波段观测首次描绘了整个人马座星流在天空中的位置空。三年后，英国剑桥大学的别洛库罗夫等人在可见光波段观测，发现人马座流有两个分支。

此后，相关研究和报道大规模出现在天文学界，学者们竭尽全力探索几个关键问题——星流的产生，它在三维空间中的形状空等。

可以用来反演银河系的参数

李菁、刘超等人重点研究了人马座星流的三维形态。

“我们首次重建了前导星流和拖尾星流中恒星的三维形状。”李静说，研究人员从LAMOST数据中测量了3万颗M-giant样本星的速度场，并结合Gaia 空望远镜的数据，在三维空间中描绘了人马座流的空轨道分布。以前“吉他后面还藏着半张脸不让我们看见”的射手座星流，在人们眼前展现得更充分。

m巨星是恒星演化的最高级阶段。为什么选择M超星作为「探头」？

刘超指出，M巨星亮度很高，很容易从浩瀚的恒星中选出空。李晶还说，M巨行星是探测银河系晕结构非常好的天体。

在李晶看来，研究星流的三维形状，无论是对人马座矮星系还是银河系，都具有重要意义。星流是两个星系共同作用的结果。恒星在星流中的位置和轨迹可以还原银河系撕裂人马座矮星系的力，从而可以测量引力，推断银河系的质量和其他相关参数。

研究小组还确定了人马座流中的最远点，距离太阳约30万光年。可以想象，银河系质量越大，吸引的星流越致密，最远点离太阳越近。反之，星流的最远点会离太阳更远。

“30万光年的最远点暗示着银河系的质量比人们最初想象的要小。”告诉刘超科技日报记者，根据研究结果，银河系的质量大约是太阳的9000亿倍。此前学术界普遍认为银河系的质量约为太阳的1万亿倍，按照这个质量计算，星流最远点距离太阳约20万光年。

对于人马座矮星系，刘超认为，研究三维空轨道可以更好地帮助理论家模拟矮星系被银河系坍缩的过程。当样本量足够大时，我们还可以推测人马座矮星系在被撕裂前的形态特征和诞生起源。

人马座矮流是星系间激烈合并事件的产物，许多星系都是通过类似的方式快速成长起来的。“作为宇宙的基本元素，研究星系的成长规律也是对宇宙演化的探索。”刘超说。