郭守敬望远镜完成一期光谱巡天登顶世界观测榜:发布光谱近千万条

LAMOST发布的光谱数是世界上其他巡天项目发布光谱数总和的1.8倍。该数据集(DR5)已于2017年12月31日对国内天文学家和国际合作者发布。

8月7日,中国科学院国家天文台在北京举行中国国家重大科技基础设施郭守敬望远镜(英文简称LAMOST)一期巡天科学成果新闻发布会称,LAMOST已圆满完成一期光谱巡天观测,共发布光谱901万条(每条光谱对应一个天体),其中高质量光谱777万条,并确定534万组恒星光谱参数。
LAMOST是中国天文学家自主创新研制的一架主动反射施密特天文望远镜,由国家投资3亿多元建成于河北省兴隆县的崇山峻岭之上。2011年投入早期观测使用。2012年9月至2018年6月间,完成首期巡天观测。

图:LAMOST一期巡天成果新闻发布会

据国家天文台党委书记、LAMOST运行和发展中心主任赵刚介绍,郭守敬望远镜突破了天文望远镜大口径与大视场难以兼得的瓶颈,是世界上口径最大的大视场望远镜,也是目前世界上光谱获取率最高的望远镜。
LAMOST发布的光谱数是世界上其他巡天项目发布光谱数总和的1.8倍。该数据集(DR5)已于2017年12月31日对国内天文学家和国际合作者发布。
据介绍,一期巡天以来,利用LAMOST数据共发表SCI论文345篇,引用3000余次。一批高显示度的亮点成果引起公众广泛的关注:

1、利用LAMOST数据的大样本优势,给银河系“重新画像”

银河系下的LAMOST(国家天文台陈颖为摄)

其中,银盘半径大小被两次刷新,从2017年发现增大25%,到2018年增大到一倍,这一成果使天文学家重新审视星系形成及宇宙演化的一般规律;

银盘半径大小变化示意图(元博绘制)

改写银河系晕的结构特征,确立为内扁外圆的新结构,这一清晰的证据推翻了前人关于恒星晕是一个轴比不变的扁球体的猜测,对于理解银河系恒星晕的形成历史和演化提出了新的挑战;

银晕内扁外圆结构示意图(国家天文台刘超绘制)

在运动学和化学空间发现银河系并合形成的新证据,在运动学空间发现7个源自银河系并合过程的新星流,占国际同类发现总数的一半,在化学空间发现了33颗丰度不同于普通恒星的“低α丰度恒星”,是国际同类发现总数的两倍;
观测发现,暗物质占星系总质量的90%以上,但大多数分布很弥散,在太阳所在位置处暗物质所占比例非常低。这就给我们直接探测暗物质带来了巨大困难。利用LAMOST数据对太阳附近的暗物质密度进行了重新估算。这对寻找暗物质粒子、理解暗物质在银河系中分布具有重要意义;
利用LAMOST数据计算出迄今为止最为精确的外盘旋转曲线并构建了银河系的质量模型,估算出银河系的质量和太阳邻域暗物质密度。

2、在恒星物理方面,亮点成果如雨后春笋不断涌现

首先,精确估算了上百万颗恒星的年龄,使具有精确年龄的恒星样本增加了一千倍。为银河系演化研究提供了基础数据;

恒星蝎虎座EV超级耀斑爆发(美国航空航天局的雨燕卫星观测 )

测量近6000颗类太阳恒星的磁活动指数,发现太阳具有与超级耀斑恒星相当的磁活动水平,证实太阳有爆发超级耀斑的可能;
首次测量了近700颗系外行星的轨道偏心率和倾角。发现约八成的行星轨道都如同太阳系的近圆形轨道。表明太阳系在宇宙中并不是一个特例而是具有一定代表性的。在某种程度上增强了人类寻找另一个地球和地外生命的信心;

热木星和热海星示意图(北京天文馆马劲绘制)

利用LAMOST数据发现了一类新的太阳系外行星族群——热海星,它们与热木星有几个相同的标志特征,为揭开热木星和其它短周期行星起源提供了关键的线索和崭新的研究方向。

3、在LAMOST光谱中“星海拾珍”,搜寻奇异天体

观测发现,年老的贫金属星就像宇宙“化石”一样记录了宇宙化学演化的最初历史,对它们的分析,可以实现对第一代恒星和早期宇宙本质的“恒星考古”。
在LAMOST光谱中已发现了万余颗金属含量低于太阳百分之一乃至万分之一的贫金属星,构建了目前世界上最大的、适合现有大望远镜跟踪观测的宇宙化石样本。同时,发现了一批极其稀有的、锂元素丰度超过正常值上百倍的小质量贫金属星,对其结构和演化提供全新的理论研究视角;

银河系中心黑洞弹射出超高速星示意图 (图片来自于NASA网站 )

在LAMOST近千万光谱中,大海捞针般的发现了五颗超高速星,目前世界上已证认的超高速星仅有20余颗。它们为深入研究这类速度很高,最终能够脱离银河系引力束缚,“逃离”银河系的恒星的形成机制提供了重要的样本;
白矮星是绝大多数恒星最终演化的产物,它是一种大小如地球,质量却如太阳一般的奇特天体。利用LAMOST“光谱工厂”的优势,发现了大量不同种类的白矮星,被誉为“白矮星猎手”。

白矮星示意图 (Miriam Nielsen绘制 )

4、捕获来自遥远宇宙的信息

国家天文台观测认为,类星体是银河系外发光巨大的遥远天体,其能源来自于其中心超大质量黑洞所吸积周围物质释放的巨大引力能,是研究遥远宇宙的重要探针。
在LAMOST光谱中已发现了1.2万余颗类星体,他们的平均红移为1.5,最高红移为5。此外,还估算出了其中心黑洞质量。这些类星体的发现将对大样本类星体的统计研究提供重要帮助。

类星体示意图 (图片来自于NASA Image and video library网站)

专家表示,在银河系大规模光谱巡天方面,LAMOST首次实现了天区覆盖、巡天体积、采样密度及统计完备性等方面的重大突破,填补了中国大型天文基础数据的空白,为开展银河系特别是银盘的系统研究提供了极好的、具有传承价值的样本。
LAMOST的建成和运行有力地推动了中国近场宇宙学的发展,培养了一批掌握世界最新数字巡天观测技术的优秀青年人才,并为发展中国新一代天文光学红外观测设施积累了宝贵的技术力量、人才队伍和运行管理经验。

图:LAMOST一期巡天成果新闻发布会

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