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给银河系画张“半身像”

2017-12-28 10:20 来源:科技日报

  百名专家联手揭秘银河系

  最早大规模研究北半球银河系的结构、并取得卓越成果的是美国的斯隆数字化巡天项目(SDSS),它同时也被誉为世界上最有影响力的天文巡天观测项目。SDSS带来了很多关于银河系的颠覆性认识,其中最为有名的是它首次揭示了银河系的晕中存在大量的矮星系和潮汐星流结构。

  在二十一世纪第二个十年里,国际上接力SDSS的天文巡天项目有很多,其中我国天文学家主导的LAMOST银河系光谱巡天项目是效率最高的之一。

  为了能够更好观察银河系,天文学家需要尽其所能捕捉更多恒星的各种电磁波信号。虽然SDSS获得了上亿颗恒星的亮度和颜色信息,但是只有60万颗恒星的光谱信息。相比之下,尽管LAMOST巡天仅观测恒星的光谱,但是它在短短五年时间里已经获得了将近800万条恒星光谱,比之前全世界天文学家获得的恒星光谱总和还要多!

  巨大的恒星观测数目只是万里长征的第一步,海量数据并不能自动告诉我们银河系的形状和性质。科学家还需要细致的数据筛选和严谨的统计分析。

  数据的分析和统计过程是漫长的,凝聚了很多人的努力,历时若干年头。首先,光谱需要做最基本的处理,将其从拍摄的数字图像中提取出来。LAMOST望远镜包含了16台光谱相机,每台相机的一幅图像包括大约两百条天体光谱,提取并对其做初步处理是一项细致而繁琐的工作。抽取出每条光谱之后,还要从中估算对应恒星的物理参数,包括恒星表面的温度、表面重力加速度、包含的金属成分的比例等。这些信息至关重要,因为下一步,天文学家们需要根据这些信息估计恒星的绝对亮度,再根据其他望远镜测量到的视亮度估算它到太阳的距离。

  不同恒星的绝对亮度可以相差十个数量级,也即100亿倍,但是同一个望远镜能观测到的视亮度范围仅有几百倍。这就带来了一个严重的问题,那些望远镜捕获到的很远的恒星都是绝对亮度很亮的恒星,而对很暗恒星的探测仅局限于很近的距离范围内。天文学上将这种选择效应称为马奎斯特偏离,它会严重影响对银河系的统计分析。因此接下来,天文学家们就要想方设法改善由此带来的统计偏差,尽量还原银河系真实的恒星分布情况,公平地统计很暗和很亮恒星的数目。最终,经过一百多名中外天文学家和工程师的漫长观测、数据处理和统计分析,银河系的神秘面纱终于被LAMOST数据逐渐揭开。

编辑: 罗予岐
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