從《流浪地球》到 “流浪星球”
2019年大年初一，中國首部科幻電影《流浪地球》全國首映。這部電影改編自劉慈欣的同名小說，講述了一個發生在不遠未來的故事。那個時候，太陽急速衰老，隨時可能膨脹為一個紅巨星，地球也即將被吞噬。在那危急存亡關頭，地球上的聯合共和國提出一個名為“流浪地球”的自救計劃。為此，人類在地球上建造了上萬座重核聚變發動機，推動地球離開現有軌道，駛向距離太陽系最近的一顆恆星，地球也因此開啟一段長達2500年的星際旅行。
正在駛離太陽系的地球（圖片來源：網絡）
地球從太陽的“魔掌”中掙脫，尋找宇宙深處另一個家園是作家大膽的想象和對人類未來美好的願景。不過，地球和人類或許等不到那一天的到來就“捲入”另外的命運旋渦，比如銀河系和仙女座星系的迎頭相撞。
其實，劉慈欣展示的“流浪地球”並非假想，在浩瀚銀河系中真實存在著這樣的“流浪星球”。它們像地球逃離太陽的一樣，掙脫了銀河系的“控制”，在更加深邃的星際空間“遊蕩”，天文學家給這些稀有的“流浪星球”取名為超高速星。
流浪星球的預言
科學上的重要發現一般分為兩種情況：一種是先有理論預言再通過新的發現證實理論，另一種則是先有新的發現再從理論上試圖給出合理的解釋。超高速星的發現屬於第一種。1988年，美國天文學家Hills首次預言並命名了超高速星，所以這個名字著實是個貨真價實的 “八五後”。
超高速星逃離銀河系的假想圖（圖片來源：網絡）
Hills預言：銀河系中心超大質量黑洞通過巨大的潮汐力“拆散”周圍的雙星系統，其中一顆星被超大質量黑洞“捕獲”，圍繞著黑洞運動（稱為“S星”），另一顆星則以非常高的速度被“拋射”出去，並最終從銀河系“逃離”。因此，超高速星需要滿足兩個條件：一是誕生於銀河系中心，另一個是具有能夠從銀河系逃逸的超高速度。
在銀河系數以千億的恆星中，絕大多數恆星都在以每秒鐘幾公里或者幾十公里的速度圍繞著銀河系中心運動。對於能夠從銀河系“逃跑”的超高速星，它們應該至少以多大的速度運動呢？銀河系不同位置處的逃逸速度不同，假設一顆恆星距離銀心大約10千秒差距（約32,620光年），能夠從此處逃離銀河系的超高速星大約至少需要每秒鐘600公里的速度。相比銀河系中大多數普通恆星，超高速星的速度幾倍甚至幾十倍於它們。
地球上運動速度最快的大概是飛機吧，假設它們的速度是每小時1000公里，那麼超高速星的速度大約至少是飛機速度的2000多倍。怎麼樣，這樣直觀地比較，有沒有讓你感受到超高速星的“速度與激情”？此刻，筆者不禁浮想聯翩，如果乘坐像超高速星那麼快的飛機從北京前往紐約，只需要短短几十秒！
在Hills理論基礎上，更多動力學模型相繼被提出，它們都試圖解釋“流浪星球”的“出身”問題。例如，中國天文學家於清娟提出的恆星與銀河系中心雙超大質量黑洞的動力學模型、美國天文學家瑞安提出的恆星、銀河系中心超大質量黑洞和圍繞著超大質量黑洞的恆星質量黑洞的動力學模型、以及加拿大天文學家阿巴迪提出的銀河系潮汐力“撕裂”矮星系模型。不管哪種動力學模型，人們認為大約每一萬年產生一顆超高速星。按照這個“生產效率”，距離銀河系中心10 千秒差距的範圍內，大約有1000顆超高速星。我們知道，這個範圍內大約有1011顆恆星。這意味著每108個恆星中才出現一顆超高速星。
還有一種被天文學家稱為 “超高速逃逸星”的恆星，它們同樣能夠逃離銀河系。與Hills的定義不同，“超高速逃逸星”誕生於銀盤上緻密的恆星團中。如果將超高速星的定義寬泛到：能夠從銀河系逃逸而不考慮“起源地”和產生機制，那麼“超高速逃逸星”無疑是超高速星中的一類。理論研究表明：與超高速星相比，“超高速逃逸星”的數量更加稀少。銀河系暈裡，大約每100顆超高速星中才有一顆“超高速逃逸星”，它們一般沿著銀盤轉動方向被“發射”出來的，其中約90%分佈在銀緯小於25度的區域。
那些年發現的你們
諸多理論預言“流浪星球”的存在後，天文學家們當然希望能儘早發現它們。然而，捕獲超高速星這個銀河系“逃犯”猶如大海撈針，科學家們勤勤懇懇工作之餘需要好運氣的“關照”。好在，人類是幸運的。2005年，美國天文學家布朗在藍水平分支星中意外發現了第一顆超高速星，這是一顆已經“飛”到遙遠銀河系暈中的B型主序星，以超過每秒700公里的速度“逃離”銀河系。還是2005年，德國天文學家艾德曼和赫希在銀河系暈中相繼發現一顆B型和一顆O型超高速星，不得不說，這一年是超高速星研究歷史上的一個里程碑。
歷經十多年的努力，超過20顆“流浪星球”被發現，它們都是已經“飛”到遙遠的銀河系暈中的早型恆星（光譜型為O,B或者A型）。這種情形下，人們不禁會問，為什麼一顆光譜晚型（F/G/K/M）超高速星都沒有找到呢？這樣的恆星是否真的存在？帶著諸多疑問，在國內外多位研究人員的努力下，幾十顆晚型超高速星候選樣本先後被發現。不過，未來更加精確的自行和距離測量才能證實它們到底是不是“流浪星球”。
2018年4月底，歐洲航天局發射的蓋亞衛星（Gaia）發佈了迄今為止最精確的距離和自行測量數據。結合蓋亞數據系統發現 “流浪星球”的多個項目已經啟動，相信在不久的將來，更多早型超高速星將被發現，關於晚型超高速星的秘密也將被揭開。
LAMOST讓我 “邂逅”你
LAMOST是中國天文學家自主研製的第一臺大規模光譜巡天望遠鏡，能夠同時觀測4000個天體，是目前世界上光譜獲取效率最高的望遠鏡。LAMOST好像擁有4000個“小眼”的“複眼”，快速而敏銳的捕獲深空中闇弱的光學信號。與昆蟲的複眼不同，LAMOST的 “小眼”獲得的是4000個不同的信號，而昆蟲的“小眼”獲得的是同一個信號的不同部分，複眼需要“整合”所有“小眼”的信號才能獲得一個完整的信號。
夜空下的LAMOST（圖片來源：LAMOST運行與發展中心）
2014，美國猶他大學的研究團隊在LAMOST第一年的數據中發現了一顆銀河系暈中的B型超高速星。三年後，北京大學研究團隊在LAMOST一期巡天的數據中又發現了2顆銀河系暈中的B型超高速星。
2018年，國家天文臺李蔭碧等人在LAMOST觀測數據中發現了一顆新的B型超高速星（LAMOST-HVS4）。研究團隊發現：這是迄今為止使用LAMOST數據發現的距離銀河系中心最遠且視向速度（相對於銀河系中心）最快的超高速星。這顆星被發現的同時，蓋亞衛星發佈了DR2數據。使用蓋亞的數據，研究團隊獲得了LAMOST-HVS4迄今為止最可靠的自行數據。遺憾的是，由於距離太遙遠，蓋亞衛星並未提供這顆星可靠的距離測量，研究團隊只能使用其它方法估算距離，並計算它在銀河系中所處的位置和空間運動速度等。
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Gaia_(spacecraft)）
對於“流浪星球”而言，研究它們的“出身”是非常重要的，這項工作可以幫助天文學家弄清楚到底什麼樣的物理過程為這顆星提供瞭如此大的能量，讓它們以如此高的速度奔向宇宙深處。研究“出身”問題需要做大量的模擬實驗，研究團隊使用國家天文臺網絡中心提供的阿里雲服務器以並行運算方式快速高效完成實驗，結果顯示：這是一顆從銀盤（太陽附近）產生的B型超高速星，準確地說是一顆“超高速逃逸星”。
這是LAMOST發現的第一顆“超高速逃逸星”，此前僅有三顆此類恆星被報道。與理論預言一致，LAMOST-HVS4幾乎沿著銀盤轉動的方向被“噴射”出來，它被拋射的方向與銀盤運動方向的夾角是此前報道過的“超高速逃逸星”中最小的。“超高速逃逸星”與銀心“誕生”的超高速星一樣，是人們研究銀河系的重要天體，它們可以用來尋找新的恆星形成區以及研究銀盤結構等問題。
迄今為止，4顆早型“流浪星球”已被LAMOST捕獲，幾十顆晚型“流浪星球”候選樣本被LAMOST發現。隨著項目的繼續深入，我們有理由相信：更多像“流浪星球”一樣有趣而重要的物理現象將不斷被LAMOST發現，中國自主創新研發的望遠鏡將在人類天文學研究歷史中留下濃墨重彩的一筆。
國家天文臺-阿里雲天文大數據聯合研究中心雲服務示意圖（圖片來源：國家天文臺信息中心）
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