新算法發現87條隱藏恒星流，銀河系暗物質研究取得突破性進展

10月16日，一篇發表在預印本服務器arXiv上的研究論文引起了天文學界的關注。

美國密歇根大學科學家陳穎天領導的團隊，利用一種叫做"星流"的自動檢測算法，在銀河系中發現了87條與球狀星團相關的恒星流。

這個數字讓已知的球狀星團恒星流數量直接翻了一倍。歐洲航天局的蓋亞衛星提供的數據，在這次發現中起了關鍵作用。

蓋亞衛星從2013年發射升空到現在，已經持續工作了12年。它的任務就是繪制銀河系的三維地圖，測量恒星的位置、距離和運動。截至目前，蓋亞已經觀測了超過20億顆恒星。

2024年10月10日，歐洲航天局發布了蓋亞任務的最新數據，這是自2013年發射以來的第四次重大數據發布。

這次數據發布包含了對5.9億顆恒星的觀測結果，涵蓋了恒星的位置、亮度、顏色、徑向速度等多個參數。

蓋亞還觀測了超過15萬顆小行星、大約200萬顆河外源以及一系列變星和雙星系統。這些數據為天文學家提供了前所未有的研究工具。

恒星流是什么？簡單說，就是矮星系或者球狀星團被更大的星系撕碎后留下的痕跡。這些星團原本圍繞著銀河系運行，但因為銀河系的潮汐引力太強，它們被拉長、撕裂，最后沿著軌道散開，形成了細長的結構。

陳穎天團隊開發的"星流"算法，專門用來找這些恒星流。傳統的方法主要靠視覺觀測，但很多恒星流的形態不規則，或者跟母星團的軌道不一致，這些就很容易被漏掉。

"星流"算法基于物理學建模，能夠識別出那些動力學特征復雜的恒星流。

這次發現的87條恒星流分為兩類，第一類是高質量樣本，有34條，這些是在10度搜索半徑內檢測到的。第二類是低質量樣本，有53條，這些恒星流所在的區域消光或背景密度比較高。

光是高質量樣本，就讓已知的恒星流數量翻了一倍。

研究人員還測量了這些恒星流母球狀星團的質量損失率。結果顯示，大多數球狀星團的質量損失率在每百萬年1.0至100個太陽質量之間。

這個數字聽起來很大，但對于一個球狀星團來說，這是一個緩慢的過程。研究沒有發現質量損失率跟球狀星團的其他特性有明顯關聯。

很多新發現的恒星流形態很不規則，按理說，恒星流應該沿著母星團的軌道延伸，但有些恒星流卻呈現出寬闊或短促的形態，或者跟母星團的軌道錯位。

比如NGC 4147這條恒星流，它近乎是一個圓形團塊，這跟我們預期的細長結構完全不同。

論文作者解釋說，這些不規則或錯位的恒星流，恰恰證明了"星流"算法的強大能力。因為球狀星團的質量和軌道會導致恒星流呈現出復雜的動力學特征，傳統方法很容易遺漏這些。

恒星流的研究對理解銀河系有多重要？首先，恒星流可以幫我們理解銀河系暗物質暈的大尺度質量分布。

暗物質是宇宙中最神秘的物質之一，我們看不見它，但它占了宇宙總質量的大約85%。恒星流受到暗物質的引力影響，它們的運動軌跡可以揭示暗物質的分布。

恒星流還能驗證銀河系是否存在低質量的暗物質子暈。暗物質子暈是暗物質理論中的一個預測，如果它們存在，會對恒星流的形態產生影響。通過研究恒星流的細節，我們可以測試這些理論預測。

2024年9月，歐洲航天局發布了蓋亞任務的一項新發現，蓋亞衛星探測到了一對巨大的恒星流，它們是人馬座矮星系被銀河系潮汐力撕裂后形成的。

這對恒星流像兩條巨大的手臂，環繞著銀河系。蓋亞的數據顯示，這兩條恒星流的運動速度和方向都非常一致，這為研究銀河系的引力場提供了重要線索。

蓋亞衛星還發現了一些更古老的恒星流，2024年的一項研究顯示，蓋亞探測到了一條名為"蓋亞恩克拉多斯"的恒星流，它是大約100億年前一個矮星系與銀河系碰撞后的遺跡。

這條恒星流的恒星數量非常多，它的發現改變了我們對銀河系早期演化的認識。

陳穎天團隊的這次發現，是蓋亞衛星數據的又一次重大應用。蓋亞的數據精度非常高，它可以測量恒星的位置精度達到微角秒級別，這相當于從地球上看月球上一枚硬幣的大小。正是這種高精度，讓天文學家能夠發現那些微弱的恒星流。

恒星流的研究還涉及到銀河系的演化歷史，銀河系并不是一直都是現在這個樣子。

在過去的數十億年里，銀河系吞并了許多小星系和球狀星團，每一次吞并，都會留下恒星流的痕跡。通過研究這些恒星流，我們可以重建銀河系的演化歷史。

2024年6月，一項發表在《天體物理學雜志》上的研究顯示，蓋亞衛星探測到的恒星流中，有一些恒星的化學成分非常特殊。

這些恒星的金屬豐度很低，表明它們來自非常古老的星系。這些古老星系在銀河系形成早期就被吞并了，它們的恒星現在還在銀河系中游蕩。

陳穎天團隊的研究還發現，有些恒星流的恒星年齡跨度很大。這意味著母星團在被撕裂的過程中，不同時期形成的恒星被混合在一起。這種現象為研究球狀星團的內部結構提供了新的線索。

蓋亞衛星的數據還幫助天文學家發現了一些"超高速恒星"。這些恒星的速度非常快，足以逃離銀河系的引力束縛。2024年的一項研究顯示，蓋亞探測到了一批超高速恒星，它們很可能是在球狀星團與銀河系中心的超大質量黑洞相互作用時被拋射出來的。

恒星流的研究還涉及到銀河系的暗物質分布，2024年10月，一項發表在《自然》雜志上的研究顯示，通過分析蓋亞衛星觀測到的恒星流運動，天文學家發現銀河系的暗物質暈并不是球形的，而是略微扁平的。這個發現對暗物質理論提出了新的挑戰。

陳穎天團隊的研究論文中提到，他們發現的87條恒星流中，有些恒星流的恒星密度非常低，這使得它們很難被傳統方法探測到。但"星流"算法通過分析恒星的運動學特征，能夠識別出這些微弱的信號。

蓋亞衛星的任務預計將持續到2025年底。在此期間，它將繼續觀測銀河系中的恒星，為天文學家提供更多的數據。

歐洲航天局已經在規劃蓋亞的后續任務，未來的衛星將具備更高的觀測精度，能夠探測到更多的恒星流和其他天文現象。

陳穎天團隊發現的87條恒星流，為理解銀河系的暗物質分布和演化歷史提供了重要線索。蓋亞衛星的高精度數據和新型算法的結合，讓天文學家能夠發現那些以前無法探測到的恒星流。

接下來的研究將繼續利用這些數據，揭示銀河系更多的秘密。宇宙的奧秘遠未窮盡，每一次新發現都讓我們離真相更近一步。