“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(hào)的541個(gè)新疏散星團(tuán)，在國(guó)際頂級(jí)刊物《天體物理學(xué)學(xué)報(bào)增刊》正式發(fā)表公布。“CWNU星團(tuán)表”成為國(guó)際上首次以中國(guó)高校及科研院所名字命名編號(hào)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(huì)以高校名字命名呢?封面新聞?dòng)浾咦哌M(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(duì)。
為什么尋找新的星團(tuán)？滿足人類好奇心，帶動(dòng)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(shí)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(zhǎng)，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(gè)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(jì)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(cè)量天體的年齡是天文學(xué)上的一個(gè)挑戰(zhàn)，而星團(tuán)研究為天文學(xué)家打開了一扇測(cè)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(tái)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(duì)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(gè)團(tuán)隊(duì)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(duì)于我們生活看似少有關(guān)聯(lián)，但這是一個(gè)國(guó)家基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)力的象征，不僅僅是滿足人類對(duì)天空的好奇，更會(huì)帶動(dòng)相關(guān)科技的進(jìn)步，比如說，一個(gè)國(guó)家的“超算”能力。
如何找到新的星團(tuán)？不是觀測(cè)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(shí)上，這541個(gè)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(cè)量衛(wèi)星Gaia，經(jīng)過多年觀測(cè)，分別在2018年和2020年，Gaia衛(wèi)星運(yùn)行團(tuán)隊(duì)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(duì)銀河系的認(rèn)識(shí)。
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(jì)算方法，算出了541個(gè)新的星團(tuán)。
Gaia衛(wèi)星擁有十多億顆恒星的天體測(cè)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(shí)對(duì)每個(gè)星團(tuán)與理論計(jì)算進(jìn)行對(duì)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(jì)算能力和高效的算法。”何治宏博士與中科院上海天文臺(tái)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(gè)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(jì)算方法與搜尋方式，設(shè)計(jì)了一套星團(tuán)物理量擬合運(yùn)算流程，編寫了整套計(jì)算代碼，使用了北京云超算的計(jì)算設(shè)備解決了硬件需求。
經(jīng)過近兩年的計(jì)算，何治宏和他的合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了首批約1000個(gè)新星團(tuán)候選體，其中74個(gè)新星團(tuán)于2021年公布并獲得國(guó)際國(guó)內(nèi)同領(lǐng)域研究人員認(rèn)可。隨后上海天文臺(tái)的合作者們利用新算法對(duì)新發(fā)現(xiàn)的星團(tuán)進(jìn)行驗(yàn)證，重新獲得了541個(gè)新星團(tuán)的準(zhǔn)確成員星信息，經(jīng)過交叉驗(yàn)證得到了最終結(jié)果。