“如果把銀河比作母親，星云就是銀河母親的‘子宮’，恒星就是她的孩子，星團(tuán)則是具有相似基因與年齡的多胞胎兄弟姐妹——恒星聚集體，這些恒星通過彼此間的引力作用聚集在一起。”
5月4日，由西華師范大學(xué)何治宏博士領(lǐng)銜發(fā)現(xiàn)、以“CWNU”(西華師范大學(xué))命名及編號的541個新疏散星團(tuán)，在國際頂級刊物《天體物理學(xué)學(xué)報增刊》正式發(fā)表公布。“CWNU星團(tuán)表”成為國際上首次以中國高校及科研院所名字命名編號大樣本的天體星表。
浩瀚宇宙，如何發(fā)現(xiàn)這些新星團(tuán)，新星團(tuán)什么模樣，為什么會以高校名字命名呢?封面新聞記者走進(jìn)西華師大，深入采訪學(xué)校銀河系特殊恒星和星族團(tuán)隊。
為什么尋找新的星團(tuán)？滿足人類好奇心，帶動科技進(jìn)步
西華師大物理與天文學(xué)院天文系何治宏博士介紹說，“同一星團(tuán)中的恒星出生時的最大差異就是體重不一樣，重的恒星壽命短，輕的恒星壽命長，體重輕的發(fā)出暗弱紅光，中等體重的像太陽一樣，而最重的那些恒星有著耀眼的藍(lán)色光芒。” 天文學(xué)家將整個星團(tuán)的恒星排列在顏色和亮度平面圖(天文學(xué)稱為赫羅圖)中，并與計算模擬的不同年齡星團(tuán)赫羅圖進(jìn)行直接比較，從而得出星團(tuán)年齡。
33歲的何治宏為什么將研究方向定在星團(tuán)上?測量天體的年齡是天文學(xué)上的一個挑戰(zhàn)，而星團(tuán)研究為天文學(xué)家打開了一扇測量天體年齡的窗口。2019年，尚在讀博期間，在導(dǎo)師指引下，何治宏開始關(guān)注星團(tuán)。
中科院紫金山天文臺博士畢業(yè)后，何治宏就進(jìn)入西華師大，“我喜歡我工作的學(xué)校，也喜歡這里的研究團(tuán)隊和科研氛圍，這正是天文研究最為重要的。”
目前，全球不足20個團(tuán)隊在尋找新的星團(tuán)，何治宏介紹，這些星團(tuán)原本就在宇宙中，尋找他們對于我們生活看似少有關(guān)聯(lián)，但這是一個國家基礎(chǔ)科學(xué)實力的象征，不僅僅是滿足人類對天空的好奇，更會帶動相關(guān)科技的進(jìn)步，比如說，一個國家的“超算”能力。
如何找到新的星團(tuán)？不是觀測出來，而是海量數(shù)據(jù)算出來的
原以為何治宏中通過特別的天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)這些星團(tuán)，事實上，這541個星團(tuán)都是根據(jù)數(shù)據(jù)算出來的。
據(jù)介紹，2013年，歐洲航天局發(fā)射至太空中的天體測量衛(wèi)星Gaia，經(jīng)過多年觀測，分別在2018年和2020年，Gaia衛(wèi)星運(yùn)行團(tuán)隊發(fā)布了超過十億顆恒星的位置、自行和視差等參數(shù)，極大地拓寬了人類對銀河系的認(rèn)識。
何治宏就是根據(jù)這些公開的數(shù)據(jù)，用自己獨(dú)特的計算方法，算出了541個新的星團(tuán)。
Gaia衛(wèi)星擁有十多億顆恒星的天體測量數(shù)據(jù)，如何在浩瀚的數(shù)據(jù)海洋中剔除“噪聲”，找到可能的星團(tuán)，同時對每個星團(tuán)與理論計算進(jìn)行對比，從而確定星團(tuán)的物理特性?“海量的數(shù)據(jù)需要強(qiáng)大的計算能力和高效的算法。”何治宏博士與中科院上海天文臺研究人員合作，借鑒了歐洲同行的研究方法，選擇了叫做“DBSCAN”(一種無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí))的聚類算法來進(jìn)行星團(tuán)搜尋。“這一算法利用了數(shù)據(jù)空間的距離密度分層，比如星團(tuán)的數(shù)據(jù)密度大，單個的流浪恒星數(shù)據(jù)密度小，把密度最高的恒星集群挑出來，由此可以發(fā)現(xiàn)新的星團(tuán)。”
何治宏獨(dú)立創(chuàng)制了一套新的參數(shù)計算方法與搜尋方式，設(shè)計了一套星團(tuán)物理量擬合運(yùn)算流程，編寫了整套計算代碼，使用了北京云超算的計算設(shè)備解決了硬件需求。
經(jīng)過近兩年的計算，何治宏和他的合作團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了首批約1000個新星團(tuán)候選體，其中74個新星團(tuán)于2021年公布并獲得國際國內(nèi)同領(lǐng)域研究人員認(rèn)可。隨后上海天文臺的合作者們利用新算法對新發(fā)現(xiàn)的星團(tuán)進(jìn)行驗證，重新獲得了541個新星團(tuán)的準(zhǔn)確成員星信息，經(jīng)過交叉驗證得到了最終結(jié)果。