數(shù)以千億計的恒星生活在我們的銀河系中，它們無時無刻不在“奔跑”。科學家們常常會想：這些恒星到底會跑多快？它們中也會有“博爾特”嗎？

恒星中的“博爾特”

圖1：超高速星“逃離”銀河系想象圖（圖源：網(wǎng)絡）

銀河系中還真的有“博爾特”，它們就是高速星，是一種“跑”得很快的恒星。

對于恒星，多高的速度算快呢？

大多數(shù)恒星的速度是每秒幾十至一百多公里，明顯高于這個速度就算“跑”得很快。已發(fā)現(xiàn)的高速星中，速度至少是每秒400至450公里，有的甚至高達每秒1700公里。

高中物理知識告訴我們，超過第二宇宙速度（每秒11.2公里）將擺脫地球的“控制”，超過第三宇宙速度（每秒16.7公里）將擺脫太陽的“束縛”，離開太陽系。

圖2：三大宇宙速度示意圖（圖源：網(wǎng)絡）

你可能會想，高速星每秒幾百甚至一千多公里的速度，能夠逃脫銀河系的“如來佛掌”嗎？這是個很重要的問題，解答它需要知道銀河系的“逃逸速度”。類似于前面提到的第二和第三宇宙速度，“逃逸速度”是恒星逃離銀河系所需要的最小速度。研究發(fā)現(xiàn)，太陽附近的“逃逸速度”大約為每秒500至600公里。

如此看來，絕大多數(shù)已發(fā)現(xiàn)的高速星都無法從銀河系“逃跑”，它們?nèi)缤蝗鐏矸鹱孢谑中睦锏奈蚩諑熜忠粯樱幻\牽絆，無法來一場率性而為說走就走的“旅行”。只有少數(shù)幸運兒，能夠少一些束縛，飛向更遠更廣闊的星際世界。

就是這么快

近日，嫦娥五號探測器攜約1.73公斤月球土壤歸來，雙子座流星雨也如期而至，這無疑是庚子年末最博人眼球的天文熱點事件。

圖3：嫦娥五號順利升空（圖源：維基百科）

圖4：國家天文臺興隆觀測站星空上演的流星雨，圖中建筑為郭守敬望遠鏡（圖源：袁鳳芳）

讓我們腦洞大開試著想象一下：如果嫦娥五號和流星雨像高速星一樣“跑”得快，會發(fā)生什么呢？

假如嫦娥五號每秒跑幾百甚至上千公里，別說月亮，就是太陽系也“攔不住”它，這種狀況下“登月著陸”、“月球土樣提取”和“返回地球”的任務根本無法實現(xiàn)，嫦娥五號將帶著遺憾逃離太陽甚至銀河系。

流星的發(fā)光時間一般為1到2秒，如果流星以高速星的速度劃破夜空，發(fā)光時間大概只有零點幾秒。如果觀看這么一場高速流星雨，您根本沒有反應的時間，直到流星消失了，您的腦海可能還在反復確認一個問題：剛才那個是流星嗎？

嗯，是的。唉，不對，好像不是。

圖5（圖源：網(wǎng)絡）

高速星家族

科研工作者最喜歡的事情之一，是把研究對象做各種分類，然后從不同角度和維度去觀察和研究它們。面對高速星，研究人員亦不能“免俗”，讓我們一起來認識一下高速星的家庭成員。

目前來看，這個家族不算龐大。

研究人員按照能不能從銀河系“逃跑”和 在哪里“出生”兩個條件，把高速星分為四類，分別是“超高速星”、“超高速逃逸星”、“逃跑星”和“快速暈星”。

大哥“超高速星”。它們是能夠從銀河系“逃跑”的恒星，在銀心附近意外獲得的巨大能量改變了它們原本的運動速度，使它們成為備受矚目的“超高速星”。所以，大哥可以看作是在銀心“誕生”的。

提到銀河系中心，您一定會想到神秘的黑洞，也一定會聯(lián)想到超高速星的誕生會不會跟黑洞有關系？天文學家也是這么猜測的，他們在理論上證實：恒星與銀心黑洞之間的相互作用是大哥“誕生”的原因。

二哥“超高速逃逸星”。它們也能夠從銀河系“逃跑”，與大哥不同的是，它們的誕生地是銀盤，這里被視為恒星的搖籃，孕育著很多恒星。銀盤上恒星密度比銀河系外圍高，恒星之間的相互作用是二哥“誕生”的原因。

三哥“逃跑星”。它們跟二哥一樣，都“誕生”于銀盤，產(chǎn)生的原因也類似。所不同的是，三哥獲得的能量沒有二哥那么大，所以它們還在銀河系“魔掌”的控制之下“生活”。不出意外的話，銀河系以外的風景老三是無緣目睹了。

四弟“快速暈星”。這個四弟其實是個“外來戶”，它們從銀河系的衛(wèi)星星系或其它星系“過繼”而來。銀河系并不孤獨，它的周圍還有質(zhì)量更小的衛(wèi)星星系，目前已發(fā)現(xiàn)幾十個矮星系，比如大小麥哲倫星系等。銀河系和它的鄰居們并不是老死不相往來，有時也會串串門。這一串門可好，銀河系強大的“個人魅力”讓衛(wèi)星星系里的一些恒星留了下來，當它們從衛(wèi)星星系被“撕扯”下來的時候獲得了很高的速度。

兩個豪門的聯(lián)姻

豪門最大的特點是啥？那就是家里有“礦”

探尋高速星這種稀罕“物件”，需要“礦”特別多的巡天項目。不同望遠鏡的能力和“肩負”的使命不同，收集“礦”的種類和數(shù)量也不同，這就需要“礦”多的項目“聯(lián)合”起來，像聯(lián)姻一樣優(yōu)勢互補。

LAMOST——郭守敬望遠鏡，中國天文學家自主研制的第一架大視場兼?zhèn)浯罂趶降墓鈱W望遠鏡，它的光譜獲取效率世界第一！正式巡天八年來，LAMOST共獲得一千四百多萬條光譜，是光譜觀測領域的超級“豪門”。

圖6：郭守敬望遠鏡（圖源：于海童）

您可能會想，要光譜干啥?

光譜是天體研究的重要手段之一，天文學家借助它們就能得到發(fā)現(xiàn)高速星所需要的部分信息。

Gaia——歐洲航天局2013年發(fā)射的一顆測量恒星位置、亮度和距離等參數(shù)的衛(wèi)星，已為十多億恒星測量了這些信息，是這個領域的超級“大佬”。

圖7：Gaia望遠鏡（圖源：維基百科）

如果LAMOST和Gaia兩大“豪門聯(lián)姻”，就集全了探尋高速星需要的所有參數(shù)信息，兩個“豪門”充足的“礦”為更多高速星的發(fā)現(xiàn)帶來機遇。

2020年，國家天文臺研究人員完成了LAMOST和Gaia的“聯(lián)姻”，在豪門充足的“礦”中發(fā)現(xiàn)了591顆高速星，其中43顆能夠擺脫銀河系的“控制”。自2005年發(fā)現(xiàn)第一顆高速星，科學家歷經(jīng)15年，使用多個設備共發(fā)現(xiàn)約550多顆高速星，其中40多個被證實能夠從銀河系“逃跑”。

這次兩大“豪門”的“聯(lián)姻”提高了高速星的發(fā)現(xiàn)效率，研究人員僅用兩個觀測設備，一次性發(fā)現(xiàn)了比前人15年積累的全部“家當”還多的高速星，首次使高速星總數(shù)突破1000顆，這次發(fā)現(xiàn)必將開啟“豪門聯(lián)姻”大規(guī)模“挖掘”高速星的新時代。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，這是一批生活在銀暈中的高速星，它們符合銀暈恒星的主要特點：“年紀”大、大氣中金屬元素含量低、且在比較扁的軌道上運動。

另外，這591顆高速星大氣中金屬元素含量的分布情況，向研究人員透漏著一個關于銀河系形成的秘密：若干年以前，銀河系的暈可能是通過“掠奪”鄰居們的“家當”形成的，這些可憐的鄰居們是誰呢？就是我們前面講過的衛(wèi)星星系，或者叫矮星系。

圖8：591顆高速星在銀河系的位置和運動軌道示意圖（圖源：國家天文臺孔嘯繪制）

作者簡介：李蔭碧，中國科學院國家天文臺副研究員，主要從事超高速星及海量光譜分析等領域研究。李雙，中國科學院國家天文臺工程師，LAMOST運行與發(fā)展中心辦公室宣傳主管。羅阿理，中國科學院國家天文臺研究員，博士生導師，LAMOST運行與發(fā)展中心數(shù)據(jù)處理部主任，主要從事海量天體光譜分析等領域研究。