在過去的7年裏，LAMOST的“巡天”獲得了世界上最大的星系恒星光譜觀測數據庫。
2014以來，在國家自然科學基金重大項目“LAMOST星系研究”的支持下，我國天文學家基於LAMOST巡天數據，在銀河系相關重大科學問題上取得了壹系列進展。
基於數千萬個光譜
牛郎星和織女星被銀河隔開的現象，激起了我們祖先豐富的想象力。銀河系作為壹個安靜的“天河”，是壹個美麗而富有詩意的存在。
與印象中的望遠鏡不同，人們並不是通過它直接拍攝天體，而是獲取天體可見光波段的光譜。科學家依靠光譜分析來獲得遙遠的天體信息。就像人的指紋是不壹樣的，不同的元素會在特定的波長位置留下自己獨特的印記。只要能得到天體發出的光，通過光譜分析就能知道天體是由什麽組成的。
其中，星系的光譜可以提供距離、化學成分和視運動等信息，而恒星的光譜可以推斷化學成分、溫度、年齡、質量和演化歷史。從大量天體的光譜觀測中也可以發現許多奇怪的天體和現象。這些都將促進對宇宙演化規律、物質結構、相互作用等最基本物理規律的新認識。
LAMOST是世界上最大的光譜巡天望遠鏡，也是巡天天體“戶籍”的利器。它的完成給了中國天文學家極大的鼓舞。
“我們利用LAMOST巡天獲得的光譜來研究銀河系的壹些關鍵科學問題。”中科院國家天文臺LAMOST運行發展中心主任趙剛研究員告訴《中國科學報》。
2013年，國家自然科學基金委員會發布重大項目“LAMOST星系研究”申請指南，趙剛組織的研究團隊申請立項。他們濃縮了LAMOST巡天研究銀河系的幾個關鍵科學問題，包括銀河系的質量和暗物質分布、動力學模型、年輕星團和恒星的形成以及銀河系的特殊天體和特殊物理過程。
“我們希望最大限度地利用巡天光譜數據研究銀河系的壹些關鍵科學問題，推動我國天文學的不斷發展。”趙剛說。
揭開銀河系的神秘面紗
“光譜有上千種，研究的是第壹種。”這是這個重大項目的科研人員經常掛在嘴邊的壹句話。獲得光譜數據後大家都想強調科研的重要性。
2065438+2009年3月27日，在這個重大項目的總結會上，趙剛展示了壹張銀河系的幻燈片。深藍色背景反射出壹個中心平坦的黃色亮點。亮點由無數不同顏色的天體組成，各種成分和結構同時展現在這張圖片中，可見探索銀河系是復雜而深刻的。
“研究銀河系的結構、形成和演化，需要分別研究銀河系不同恒星群的構成，也需要緊密結合銀河系的形成過程、初始質量函數等各種信息。”趙剛強調說。
這就是這個重大項目的科學目標。在過去的五年裏，科學家們圍繞這壹科學目標取得了豐碩的成果。
LAMOST的海量數據成為挖掘奇異天體的“富礦”。幾年前，在LAMOST的海量光譜數據中，研究人員發現了壹種罕見的光譜，並確定它來自壹顆鋰豐度異常高的恒星。
其實早在1981，天文學家就首次用小型望遠鏡發現了壹顆特殊的恒星。它的光譜非常奇怪，在不應該有譜線的地方出現了壹條很強的鋰線。為了弄清富鋰超星的形成過程，科學家們開始收集這類天體的樣本，但只發現了極少數的富鋰超星，難以為解決科學問題提供充分的證據。
幸運的是，LAMOST在巡天過程中發現了壹個具有罕見譜線的天體。這引起了中國科學家的極大興趣。
經過進壹步追蹤，研究人員發現這顆奇怪的恒星是壹顆典型的巨星，質量小於太陽的1.5倍，半徑約為太陽的15倍。然後，他們精確測量了它的鋰豐度，發現這顆恒星的絕對鋰豐度高達4.51，相當於太陽中鋰含量的3000倍，是已知鋰含量最高的巨星。
這壹發現發表在2018年8月出版的《自然-天文學》上。“富含鋰的超星非常罕見，這對揭示鋰的起源和演化具有重要意義。”論文第壹作者、中科院國家天文臺助理研究員嚴宏良說，這顆富鋰恒星來自銀河系中心附近的蛇夫座方向，位於銀河系盤面的北部，距離地球約4500光年。
隨後，研究人員解釋了這顆恒星中鋰的來源。他們最終證實，這顆恒星的鋰元素很可能來自恒星內部壹種特殊的物質交換過程——在壹種不對稱對流下，向上的流速遠快於向下的流速，導致恒星內部的許多原材料被帶到表面，最終變成鋰。
在這壹重大項目的結論中，趙剛說:“這壹發現將世界上富鋰超星中鋰豐度的觀測極限提高了壹倍，同時對鋰的合成和現有的恒星演化理論提出了獨特的新觀點。”
LAMOST還發現了另壹顆奇怪的恒星。不久前發表在《自然-天文學》上的壹篇學術文章提出，中日科學家在銀暈中發現了壹顆銀、銪、金、鈾等重金屬含量特別高的恒星。
在這壹重大項目的支持下，研究人員對這顆恒星的來源進行了深入研究。該報通訊員趙剛在接受媒體采訪時解釋說，被銀河系“吃掉”的矮星系與幸存的矮星系具有相似的質量分布，因此它們的成員恒星也具有相似的化學特征。“所以通過研究銀河系附近矮星系成員恒星的化學成分，我們可以知道矮星系家族中恒星的化學特征，從而像DNA鑒定壹樣從銀河系的矮星系中篩選出恒星。”
通過對比銀暈內恒星和銀河系附近矮星系成員星的鎂、矽、鈣、鈦等元素含量，他們判斷這顆恒星屬於“外來人口”，是銀河系吞噬矮星系時帶走的“移民”。事實上，這證實了關於銀河系形成的假說:最初的銀河系不斷吞噬附近的矮星系，最終形成了今天的銀河系。
該重大項目實施5年來，科研人員在銀暈演化與暗物質分布、銀河系動力學、銀河系恒星形成過程、銀河系特殊恒星等研究領域取得了壹系列顯著進展和代表性成果。這些成果在具有國際影響力的SCI期刊上發表論文280余篇。
充分展示“大科學”的特點
當前，許多科學問題的範圍、規模和復雜程度都在不斷擴大，全球科學研究進入了壹個“大科學時代”。對此，這壹重大項目的成員之壹、中科院國家天文臺副研究員李海寧深有感觸:“不同領域、不同國家的科學家之間的合作是必然的。”
在這壹重大項目的實施過程中，科學家們基於LAMOST的星系研究和多維度合作，充分展示了當今天文學“大科學”的特征。
首先，是數據科學家和天文學家的合作。“LAMOST的光譜數據量非常大，這就需要數據科學家先把光譜數據處理成科學家可以使用的數據，然後天文學家再進行解讀和研究。”李海寧說，“幾乎每個團隊都有專門從事數據挖掘的科學家。”
同時，跨學科合作也大有裨益。例如，在發現富鋰巨星的同時，、、石等研究人員與中國原子能科學研究院、北師大等高校的科學家合作，對這顆奇異的恒星進行了深入的多學科研究。
隨後，他們還結合美國“自動行星導引頭望遠鏡”的高分辨率光譜和中國原子能科學研究院的最新原子數據，模擬再現了其內部經歷的變化，從而對這顆恒星的鋰豐度給出了合理的解釋。
在研究人員看來，是壹系列的合作研究支持了鋰產生於恒星內部的結論。
在發現前述銀河系“外來移民”的研究中，中國科學家與日本科學家合作。“LAMOST扮演‘人口普查’的角色。壹旦搜索到感興趣的目標，就需要借助分辨率更高的望遠鏡進行有針對性的細致研究。”李海寧告訴《中國科學報》。
當時，為了確認這顆重金屬“超標”恒星的起源，中國科學家與日本科學家壹起，向日本國立天文臺8米光學望遠鏡申請觀測時間，由中國科學家牽頭，對高分辨率光譜進行聯合觀測研究。
此外，中國科學家還與馬克斯·普朗克天文研究所、海德堡大學、慕尼黑大學等眾多世界知名天文機構建立了長期穩定的合作關系。
趙剛指出，在這壹重大項目的支持下，星系研究領域的觀測和理論得到了充分的交叉和融合。"利用LAMOST海量光譜數據，中國天文學家能夠揭開銀河系許多未解之謎."