從“星系動(dòng)物園”到“宇宙果蔬園”

說(shuō)到星系分類，最有趣的應(yīng)該是天文學(xué)中一次規(guī)模浩大的公眾星空普查活動(dòng)——星系動(dòng)物園項(xiàng)目，這是一個(gè)把星空交給大眾的項(xiàng)目。而星系動(dòng)物園的故事，還得從一個(gè)天文物理專業(yè)研究生疲憊不堪的下午講起。

發(fā)動(dòng)大眾為星系分類

2007年7月一個(gè)周五的下午，當(dāng)時(shí)還是英國(guó)牛津大學(xué)研究生的凱文·沙文斯基一張一張看著美國(guó)斯隆數(shù)字巡天計(jì)劃項(xiàng)目（SDSS）拍攝的星系圖片，看完5萬(wàn)張圖片需要花費(fèi)整整一周時(shí)間，眼睛、肩頸的酸痛使他不得不按下暫停鍵。凱文的任務(wù)是人工完成95萬(wàn)張星系圖像的分類，根據(jù)形態(tài)把它們劃分為橢圓星系、旋渦星系等不同類型，并從中挑選出科學(xué)家感興趣的樣本，以便進(jìn)行后續(xù)的科學(xué)研究。然而，這樣的圖片還有90萬(wàn)張！

凱文和天文學(xué)家克里斯·林托特想到了“把星空交給大眾”——發(fā)動(dòng)公眾對(duì)SDSS的百萬(wàn)張星系圖片進(jìn)行分類。星系動(dòng)物園項(xiàng)目就這樣誕生了。

幾天時(shí)間內(nèi)，幾萬(wàn)名志愿者注冊(cè)報(bào)名。他們不需要擁有專業(yè)的天文學(xué)知識(shí)，只需要由專業(yè)人士進(jìn)行簡(jiǎn)單的培訓(xùn)，根據(jù)星系呈現(xiàn)的形態(tài)，從影像中判定是橢圓星系還是旋渦星系，如果是旋渦星系，就再判定它們是順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)還是逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)即可。

第一階段的星系動(dòng)物園項(xiàng)目，在近十萬(wàn)名志愿者的積極參與下，不到半年的時(shí)間就完成了95萬(wàn)個(gè)星系的分類，而且平均每個(gè)星系被分類判斷了38次。在分類過(guò)程中，志愿者發(fā)現(xiàn)了一組亮綠色的奇特星系，這些星系的形態(tài)極其致密，看上去像顆豌豆，很難被歸類為已知的星系類型，因此這些星系被命名為“綠豌豆星系”。95萬(wàn)張星系圖片中，只有251個(gè)這種星系。

從科學(xué)上講，綠豌豆星系強(qiáng)烈的發(fā)射線使其在偽彩圖上呈現(xiàn)出明亮的綠色，這也意味著這些星系內(nèi)正在形成新的恒星。綠豌豆星系大約在距離我們15億到50億光年的位置上，體積不足銀河系的十分之一，質(zhì)量不到銀河系的百分之一，但是卻在以10倍于銀河系的速度形成恒星，有著近鄰宇宙最高的恒星形成率，能在幾億年的時(shí)間內(nèi)質(zhì)量翻倍。綠豌豆星系在早期宇宙中十分常見(jiàn)，對(duì)其展開(kāi)研究能為我們掌握早期宇宙恒星是如何形成以及星系是如何演化的提供新的研究窗口。

綠豌豆星系只是個(gè)開(kāi)始

星系動(dòng)物園項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)的綠豌豆星系個(gè)頭小，亮度暗，形態(tài)極其致密，非常難以觀測(cè)。在觀測(cè)數(shù)據(jù)生成的圖像上，和綠豌豆星系類似的致密星系會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色和形態(tài)，天文學(xué)家沿用了之前綠豌豆星際的名字由來(lái)，對(duì)這類特殊的致密星系進(jìn)行命名。于是，如同晶瑩紫球的致密星系被稱為“紫葡萄星系”，像藍(lán)色小漿果的致密星系被稱為“藍(lán)莓星系”……五彩斑斕的致密星系，組成了一個(gè)“宇宙果蔬園”。

就在近期，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)博士生劉思琦、羅阿理研究員，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)王俊賢教授及上海天文臺(tái)沈世銀研究員等人利用我國(guó)大型光譜巡天項(xiàng)目——郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）的光譜數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了1547個(gè)致密星系，其中1417個(gè)為最新發(fā)現(xiàn)的，包括739個(gè)綠豌豆星系、270個(gè)藍(lán)莓星系和388個(gè)紫葡萄星系，這是迄今為止一次性新發(fā)現(xiàn)致密星系數(shù)量最多的研究工作。

這批致密星系的質(zhì)量范圍大約在31萬(wàn)—100億倍太陽(yáng)質(zhì)量之間，距離地球最遠(yuǎn)的為90億光年，最近的大概十幾億光年。

這些星系之所以呈現(xiàn)出不同的顏色，其實(shí)和它們與地球之間的距離有關(guān)。藍(lán)莓星系最近，綠豌豆星系較遠(yuǎn)；紫葡萄星系有兩類，一類到地球的距離位于藍(lán)莓星系和綠豌豆星系之間，另一類到地球的距離比綠豌豆星系更遠(yuǎn)。科學(xué)原理上，這些致密星系呈現(xiàn)出不同顏色，是由于紅移導(dǎo)致星系強(qiáng)烈的輻射特征出現(xiàn)在不同的顏色波段。

LAMOST的此次發(fā)現(xiàn)，為天文學(xué)家提供了通過(guò)研究近鄰星系來(lái)了解宇宙早期星系演化的寶貴大樣本，還會(huì)衍生出很多其他科學(xué)研究，比如可以進(jìn)一步對(duì)這些星系進(jìn)行射電波段的觀測(cè)，來(lái)研究是什么機(jī)制推動(dòng)它們具有如此高的恒星形成率，以及這種星系內(nèi)的恒星形成活動(dòng)到底能持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間等。另外，這些新發(fā)現(xiàn)的星系還有一些獨(dú)有的特性，它們的氣體中除了氫、氦元素外，其他更重的元素含量極低。而且它們并不是那么喜歡“群居”，而是“獨(dú)善其身”地分散在宇宙的星際空間中。

隨著LAMOST巡天的繼續(xù)開(kāi)展，相信更多的綠豌豆星系、藍(lán)莓星系及紫葡萄星系將會(huì)陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，為認(rèn)識(shí)早期宇宙的星系形成與演化帶來(lái)更多可能性。