近日, 中国天文学会和中国科学院国家天文台联合公布2017年度“十大天文科技进展”评选结果。其中“获取百万颗恒星的质量和年龄”入选“天文基础和应用基础研究类”获奖成果名单。
获奖成果“获取百万颗恒星的质量和年龄”由刘晓为教授领导的课题组为主完成。该成果以“The Ages and Masses of a Million Galactic-disk Main-sequence Turnoff and Subgiant Stars from the LAMOST Galactic Spectroscopic Surveys”为题发表于《天文与天体物理》增刊（The Astrophysical Journal Supplement Series，ApJS）上（Xiang et al. 2017c，http://adsabs.harvard.edu/abs/2017ApJS..232....2X)。
该获奖成果的主要完成人员都来自刘晓为教授课题组。论文第一作者向茂盛于2010年师从刘晓为教授攻读博士学位，现为国家天文台施建荣研究员课题组的LAMOST冠名博士后。向茂盛、刘晓为和施建荣是论文的共同通讯作者。刘晓为教授课题组的苑海波、黄样、陈丙秋为该成果作出了重要贡献。刘晓为教授课题组的田志佳、博士生王春、博士生杨勇对该成果亦有贡献。
质量和年龄分别是研究天体性质和演化的基本物理量，获取天体的质量和年龄是天文学研究面临的重要且十分具有挑战性的问题。对于恒星而言，质量和年龄是决定恒星演化状态的关键物理量。精确测定恒星的质量和年龄对进一步研究恒星自身及其行星系统的物理性质和演化具有重要意义。同时，获取大样本恒星的质量和年龄对开展银河系星族普查，揭示银河系质量、起源及集成和演化历史具有十分重要的意义。然而，由于缺乏记录恒星年龄的精确“时钟”，估计恒星年龄极其困难。人们通常只能依靠恒星演化模型，通过将观测性质与模型进行比较的方式对恒星年龄给出粗略估计，而这需要非常精确的恒星基本参数（有效温度、金属丰度、绝对光度或表面重力加速度）。
因此，尽管一些大规模测光和光谱数字巡天在过去数十年间得以开展，获取了大量恒星的精确位置、颜色、视亮度、类型、运动学和化学性质，但是长期以来大样本恒星的精确年龄信息依旧几乎是空白。截至郭守敬望远镜（LAMOST）银河系巡天实现以前，具有比较可靠（精度达30%以上）年龄估计的（场）恒星仅有数千颗，绝大部分局限于太阳邻域数百秒差距以内。
刘晓为教授课题组针对LAMOST获取的海量恒星光谱，发展了一系列方法，精确估计了数百万恒星的大气参数，特别是绝对星等(Xiang et al. 2017a,b)。以此为基础，他们从有效温度－绝对星等空间遴选出了包含近百万颗处于恒星演化主序拐点附近或亚巨星阶段的恒星样本，结合恒星演化等年龄模型，利用贝叶斯分析方法估计了这些样本恒星的年龄和质量，其中近一半恒星的年龄精度达到20-30%，质量精度优于8%。为了证实结果的可靠性，他们对结果进行了广泛而细致的检验。该样本将具有可靠年龄信息的恒星数量扩大了两个量级以上，而且大大拓展了它们的空间覆盖范围；同时，这些恒星具有三维位置、三维速度、铁元素和⍺元素丰度等信息且选择函数简单明确，为全面揭示银河系特别是银盘的星族、结构、起源和演化提供了独特的基础性数据。大样本恒星精确年龄的获取使银河系的结构与演化研究步入新时代，将极大丰富和完善星系天文学。
利用该样本数据，课题组已开展了数个银河系结构和演化方面的工作，对银盘数千个秒差距内的恒星星族、恒星质量分布，空间结构及子结构、恒星形成历史以及金属丰度分布进行了前所未有的精细刻画，获得了一些重要的发现（Xiang et al. 2018a,b, submitted; Wang et al. 2018, submitted）。
此外，将LAMOST恒星参数和目前最好的星震学数据相结合，研究人员还得到了上万颗红巨星的精确质量和年龄，其中典型质量精度优于10%，典型年龄精度达20%（Wu et al. MNRAS,475, 3633）。利用此样本作为训练样本，他们进一步得到了数十万颗LAMOST红巨星的精确质量和年龄。
早在2015年，刘晓为教授领导的课题组即基于LAMOST先导巡天及正式巡天头两年的数据，测定发表了30万颗恒星的年龄，并基于该样本测量了银盘径向和垂向金属丰度梯度随时间的演化，这是国际上首次基于有精确恒星年龄测量的大样本恒星进行的银河系化学演化研究。该项工作在《天文与天体物理研究》（Research in Astronomy and Astrophysics，RAA）郭守敬望远镜科学成果专刊发表后，得到了国内外同行的广泛重视和引用。
延伸阅读：
为促进我国天文学科的进步和发展，鼓励和表彰取得突出成果的天文科研和技术人员，扩大天文学科在社会上的广泛影响，中国天文学会与中国科学院国家天文台在全国范围内评选2017年度十大天文科技进展，评选活动由国家天文台具体组织。
本次评选活动征集参选成果共计18项，其中参选“天文基础和应用基础研究类”的成果9项，参选“技术及设备发展和工程进展类”的成果9项，一并推荐给各有关天文单位的评选专家进行网络投票，共收到有效投票222张。根据得票情况，评选出以下10 个 获 奖 成 果 （ 具 体 信 息 可 访 问 十 大 科 技 进 展 网 页：http://159.226.88.6/top10/）：
一、天文基础和应用基础研究类
1、暗物质粒子探测卫星发表首批科学成果
2、中国南极巡天望远镜团队追踪探测到引力波事件首例光学信号
3、获取百万颗恒星的质量和年龄
4、首次发现暗能量动力学在3.5σ水平的观测证据
5、世界最大宇宙中微子数值模拟研究
二、技术及设备发展和工程进展类
1、FAST望远镜基本完成功能性调试，系统发现新脉冲星
2、硬X射线调制望远镜“慧眼”发射成功并取得初步科学成果
3、“太赫兹超导阵列成像系统”研制成功
4、LAMOST一期光谱巡天圆满结束
5、天马望远镜通过总体验收，同类型望远镜中位列世界前三名。
西南天文研究所 供稿
