数以千亿计的恒星生活在我们的银河系中，它们无时无刻不在“奔跑”。科学家们常常会想：这些恒星到底会跑多快？它们中也会有“博尔特”吗？

　　恒星中的“博尔特”

图1：超高速星“逃离”银河系想象图（图源：网络）

　　银河系中还真的有“博尔特”，它们就是高速星，是一种“跑”得很快的恒星。

　　对于恒星，多高的速度算快呢？

　　大多数恒星的速度是每秒几十至一百多公里，明显高于这个速度就算“跑”得很快。已发现的高速星中，速度至少是每秒400至450公里，有的甚至高达每秒1700公里。

　　高中物理知识告诉我们，超过第二宇宙速度（每秒11.2公里）将摆脱地球的“控制”，超过第三宇宙速度（每秒16.7公里）将摆脱太阳的“束缚”，离开太阳系。

图2：三大宇宙速度示意图（图源：网络）

　　你可能会想，高速星每秒几百甚至一千多公里的速度，能够逃脱银河系的“如来佛掌”吗？这是个很重要的问题，解答它需要知道银河系的“逃逸速度”。类似于前面提到的第二和第三宇宙速度，“逃逸速度”是恒星逃离银河系所需要的最小速度。研究发现，太阳附近的“逃逸速度”大约为每秒500至600公里。

　　如此看来，绝大多数已发现的高速星都无法从银河系“逃跑”，它们如同被如来佛祖攥在手心里的悟空师兄一样，被命运牵绊，无法来一场率性而为说走就走的“旅行”。只有少数幸运儿，能够少一些束缚，飞向更远更广阔的星际世界。

　　就是这么快

　　近日，嫦娥五号探测器携约1.73公斤月球土壤归来，双子座流星雨也如期而至，这无疑是庚子年末最博人眼球的天文热点事件。

图3：嫦娥五号顺利升空（图源：维基百科）

图4：国家天文台兴隆观测站星空上演的流星雨，图中建筑为郭守敬望远镜（图源：袁凤芳）

　　让我们脑洞大开试着想象一下：如果嫦娥五号和流星雨像高速星一样“跑”得快，会发生什么呢？

　　假如嫦娥五号每秒跑几百甚至上千公里，别说月亮，就是太阳系也“拦不住”它，这种状况下“登月着陆”、“月球土样提取”和“返回地球”的任务根本无法实现，嫦娥五号将带着遗憾逃离太阳甚至银河系。

　　流星的发光时间一般为1到2秒，如果流星以高速星的速度划破夜空，发光时间大概只有零点几秒。如果观看这么一场高速流星雨，您根本没有反应的时间，直到流星消失了，您的脑海可能还在反复确认一个问题：刚才那个是流星吗？

　　嗯，是的。唉，不对，好像不是。

图5（图源：网络）

　　高速星家族

　　科研工作者最喜欢的事情之一，是把研究对象做各种分类，然后从不同角度和维度去观察和研究它们。面对高速星，研究人员亦不能“免俗”，让我们一起来认识一下高速星的家庭成员。

　　目前来看，这个家族不算庞大。

　　研究人员按照能不能从银河系“逃跑”和 在哪里“出生”两个条件，把高速星分为四类，分别是“超高速星”、“超高速逃逸星”、“逃跑星”和“快速晕星”。

　　大哥“超高速星”。它们是能够从银河系“逃跑”的恒星，在银心附近意外获得的巨大能量改变了它们原本的运动速度，使它们成为备受瞩目的“超高速星”。所以，大哥可以看作是在银心“诞生”的。

　　提到银河系中心，您一定会想到神秘的黑洞，也一定会联想到超高速星的诞生会不会跟黑洞有关系？天文学家也是这么猜测的，他们在理论上证实：恒星与银心黑洞之间的相互作用是大哥“诞生”的原因。

　　二哥“超高速逃逸星”。它们也能够从银河系“逃跑”，与大哥不同的是，它们的诞生地是银盘，这里被视为恒星的摇篮，孕育着很多恒星。银盘上恒星密度比银河系外围高，恒星之间的相互作用是二哥“诞生”的原因。

　　三哥“逃跑星”。它们跟二哥一样，都“诞生”于银盘，产生的原因也类似。所不同的是，三哥获得的能量没有二哥那么大，所以它们还在银河系“魔掌”的控制之下“生活”。不出意外的话，银河系以外的风景老三是无缘目睹了。

　　四弟“快速晕星”。这个四弟其实是个“外来户”，它们从银河系的卫星星系或其它星系“过继”而来。银河系并不孤独，它的周围还有质量更小的卫星星系，目前已发现几十个矮星系，比如大小麦哲伦星系等。银河系和它的邻居们并不是老死不相往来，有时也会串串门。这一串门可好，银河系强大的“个人魅力”让卫星星系里的一些恒星留了下来，当它们从卫星星系被“撕扯”下来的时候获得了很高的速度。

　　两个豪门的联姻

　　豪门最大的特点是啥？那就是家里有“矿”

　　探寻高速星这种稀罕“物件”，需要“矿”特别多的巡天项目。不同望远镜的能力和“肩负”的使命不同，收集“矿”的种类和数量也不同，这就需要“矿”多的项目“联合”起来，像联姻一样优势互补。

　　LAMOST——郭守敬望远镜，中国天文学家自主研制的第一架大视场兼备大口径的光学望远镜，它的光谱获取效率世界第一！正式巡天八年来，LAMOST共获得一千四百多万条光谱，是光谱观测领域的超级“豪门”。

图6：郭守敬望远镜（图源：于海童）

　　您可能会想，要光谱干啥?

　　光谱是天体研究的重要手段之一，天文学家借助它们就能得到发现高速星所需要的部分信息。

　　Gaia——欧洲航天局2013年发射的一颗测量恒星位置、亮度和距离等参数的卫星，已为十多亿恒星测量了这些信息，是这个领域的超级“大佬”。

图7：Gaia望远镜（图源：维基百科）

　　如果LAMOST和Gaia两大“豪门联姻”，就集全了探寻高速星需要的所有参数信息，两个“豪门”充足的“矿”为更多高速星的发现带来机遇。

　　2020年，国家天文台研究人员完成了LAMOST和Gaia的“联姻”，在豪门充足的“矿”中发现了591颗高速星，其中43颗能够摆脱银河系的“控制”。自2005年发现第一颗高速星，科学家历经15年，使用多个设备共发现约550多颗高速星，其中40多个被证实能够从银河系“逃跑”。

　　这次两大“豪门”的“联姻”提高了高速星的发现效率，研究人员仅用两个观测设备，一次性发现了比前人15年积累的全部“家当”还多的高速星，首次使高速星总数突破1000颗，这次发现必将开启“豪门联姻”大规模“挖掘”高速星的新时代。

　　研究人员还发现，这是一批生活在银晕中的高速星，它们符合银晕恒星的主要特点：“年纪”大、大气中金属元素含量低、且在比较扁的轨道上运动。

　　另外，这591颗高速星大气中金属元素含量的分布情况，向研究人员透漏着一个关于银河系形成的秘密：若干年以前，银河系的晕可能是通过“掠夺”邻居们的“家当”形成的，这些可怜的邻居们是谁呢？就是我们前面讲过的卫星星系，或者叫矮星系。

图8：591颗高速星在银河系的位置和运动轨道示意图（图源：国家天文台孔啸绘制）
　　

　　作者简介：李荫碧，中国科学院国家天文台副研究员，主要从事超高速星及海量光谱分析等领域研究。李双，中国科学院国家天文台工程师，LAMOST运行与发展中心办公室宣传主管。罗阿理，中国科学院国家天文台研究员，博士生导师，LAMOST运行与发展中心数据处理部主任，主要从事海量天体光谱分析等领域研究。