发现541个新星团,以西华师大命名!

2022-05-06 09:18:48来源:
5月4日,由西华师范大学何治宏博士领衔发现、并以CWNU”(西华师范大学)命名及编号的541个新疏散星团,在国际顶级刊物《天体物理学增刊》(The Astrophysical Journal Supplement Series)正式发表公布。“CWNU星团表”成为国际上首次以中国高校及科研院所名字命名编号大样本的天体星表。

《天体物理学报增刊》(JCR一区,影响因子8.1)文章:“利用Gaia DR2/EDR3在银盘上发现的新疏散星团候选体”

何治宏给学生讲解问题

测量天体的年龄是天文学上的一个挑战,而星团研究为天文学家打开了一扇测量天体年龄的窗口。“如果把银河比作母亲星云就是银河母亲的‘子宫’恒星就是她的孩子,星团则是具有相似基因与年龄的多胞胎兄弟姐妹——恒星聚集体,这些恒星通过彼此间的引力作用聚集在一起。”西华师大物理与天文学院天文系何治宏博士介绍说,“同一星团中的恒星出生时的最大差异就是体重不一样,重的恒星寿命短,轻的恒星寿命长,体重轻的发出暗弱红光,中等体重的像太阳一样,而最重的那些恒星有着耀眼的蓝色光芒。” 天文学家将整个星团的恒星排列在颜色和亮度平面图(天文学称为赫罗图)中,并与计算模拟的不同年龄星团赫罗图进行直接比较,从而得出星团年龄。

著名的疏散星团:昴星团(在西方又称“七姊妹星”,是夜空中肉眼可见的疏散星团,明亮的蓝色气辉代表着它十分年轻,仅有数千万年的历史,图片来源:HST)

“疏散星团是对银河系结构与演化进行示踪的重要天体。”西华师大银河系特殊恒星和星族团队负责人罗杨平教授介绍说。根据居住地不同,星团可分为疏散星团和球状星团,其中疏散星团主要出生在银河系盘,不同年龄的星团代表不同时期银河系盘形成的历史遗迹,天文学家研究不同年龄星团就如同考古一样认识整个银河系盘的形成历史。

Gaia空间望远镜与银河合成图(Gaia是欧洲航天局于2013发射至太空中的天体测量卫星,经过多年观测,分别于2018年和2020年传回了超过十亿颗恒星的位置、自行和视差等参数,极大地拓宽了人类对银河系的认识,图片来源:ESA)

疏散星团的发现,通过普通天文望远镜还不能完全实现。何治宏博士与中科院上海天文台研究人员合作,主要利用了欧洲航天局Gaia(盖亚)天体测量卫星的观测数据。但Gaia卫星拥有十多亿颗恒星的天体测量数据,如何在浩瀚的数据海洋中剔除“噪声”,找到可能的星团,同时对每个星团与理论计算进行对比,从而确定星团的物理特性?“海量的数据需要强大的计算能力和高效的算法。” 何治宏明白这对他和研究团队来说是一个挑战。

银河与望远镜,银河是人们从地球上看到的银河系的样子,那些闪闪发光的是恒星,银河系有着十万光年以上的直径,然而,由于星际尘埃消光和距离的影响,人们看到的银河中的恒星一般仅在数百光年范围内,即便如此,它仍然在夜空中璀璨夺目。

何治宏首先借鉴了欧洲同行的研究方法,选择了一种叫做“DBSCAN”(无监督机器学习)的聚类算法来进行星团搜寻。“这一算法利用了数据空间的距离密度分层,比如星团的数据密度大,单个的流浪恒星(也叫场星)的数据密度小,我们把位置和运动空间中密度最高的恒星集群挑出来,由此可以发现新的星团。” 何治宏介绍说。

而此算法的关键在于聚类参数如何获取。为此,何治宏独立创制了一套新的参数计算方法与搜寻方式,设计了一套星团物理量拟合运算流程,编写了整套计算代码,并使用了北京云超算的计算设备解决了硬件需求。最终,发现了首批约1000个新星团候选体,其中74个新星团于2021年公布并获得国际国内同领域研究人员认可。随后上海天文台的合作者们利用新算法对新发现的星团进行验证,重新获得了541个新星团的准确成员星信息,并经过交叉验证得到了最终结果。

根据国际惯例,星团的发现者或使用者需对新星团进行命名编号,将它与别的天体区分开来,并按首次编号沿用下去。“541个新疏散星团的命名编号为‘CWNU1-CWNU541’,沿用了目前国际上规模较大的‘UBC星团(巴塞罗那大学)’‘UFMG(米纳斯吉拉斯联邦大学)星团’等的命名方式,前者到目前为止已编录1200余个新星团。”何治宏介绍表示。据悉,“CWNU星团表”也是国际上首次以中国高校及科研院所名字命名编号大样本的天体星表。

西华师范大学迎曦湖

“‘CWNU’这个命名是因为我每天经过西华师大华凤校区迎曦湖畔,湖畔有‘I♥CWNU’的标识而触发的灵感。我喜欢这所我工作的学校,也喜欢这里的天文研究团队和科研氛围。”何治宏笑着说。

月球 (人类的脚印,最远便是38万公里外的月球,通过分析从月球带回来的物质,人们可以得到它的年龄和别的一些性质,然而,在更远的银河空间里,人们只能通过观测来获取天体的信息,而星团是为数不多的可以得到精确年龄的天体,因此星团也成为了研究银河系和恒星历史演化的重要天体。)

“该研究样本证实了银河系金属丰度梯度等龄线理论拟合与光谱观测值相符,同时为银河系结构和恒星演化研究提供了大量观测样本支撑。”西华师大物理与天文学院院长蒋青权表示。CWNU星团线上发布后,第一时间收到了星团研究专家、巴塞罗那大学Castro-Ginard博士的祝贺,美国物理新闻网也作了题为“中国天文学家发现超过500个新疏散星团候选体”的详细报道。

(美国)物理科研新闻网“phys.org”报道

疏散星团示例:一个年龄约五亿年的新疏散星团CWNU397,从左至右分别为:星团成员星在银河系中的经纬位置、视差距离位置、自行矢量位置、颜色星等图及拟合得到的等龄线。

何治宏与学生讨论论文

据悉,西华师大天文系是川渝唯一拥有天文学本科、硕士贯通人才培养单位,学校天文研究团队主要集中于致密天体、黑洞、银河系结构、星系宇宙学、银河系特殊恒星及其星族、疏散星团、系外行星、天文台址选址等领域,开展前沿课题研究。近年来,学校天文研究团队在《Nature》《Nature Astronomy》等期刊发表论文100余篇。在黑洞研究领域,对爱因斯坦场精确解达到国际领先水平,给出了首个以中国学者命名的重要黑洞精确解-吴黑洞(Wu black hole)。在银河系结构和演化领域,深入开展银河系子结构的搜索和认证,两项成果入选中国科学院重大设施平台亮点工作,一项成果入选2021年度“中国深空探测十大重要进展”。在天文选址领域,发现了世界级天文光学观测基地——青海冷湖基地,相关成果发表于《Nature》主刊,并入选2021年度“中国深空探测十大重要进展”。在热亚矮星领域,基于国家大科学装置LAMOST揭示热亚矮星起源,2项成果入选中国科学院重大设施平台亮点工作,受邀为国际热亚矮星SDOB9.5大会做第一个大会特邀报告。学校天文研究团队曾获四川省五四奖章集体、四川省高校科研创新团队及四川省青年科技创新团队等称号。

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