天文学家已经改写了银河系的故事 | {$randkws}热点解读 在银河系进展的早期

在这个数字模拟中，深度春节档动态一个相似银河系的大型星系与一个较小的矮星系相撞。天文学家觉得，在银河系进展的早期，至少发生过一次这样的大碰撞。

银河系由一个密集的恒星银盘和一个弥散的球形银晕组成。大小麦哲伦星云等矮星系，以及球状星团就潜伏于银晕当中。

在这些数字模拟中，一个相似银河系的星系形成和演化了超过138亿年——从早期宇宙到如今。最左列显示了暗物质的分布；中列为气体温度（蓝色为冷，红色为热）；右列为恒星密度。每一行都突出显示了各异的规模：最上面一行是星系盘的放大图；中间行是银晕的中距离视图；最下行是银河系周围生态的放大图。

这个模拟展示了一个类银河星系在大约100亿年间的形成和演变过程。许多较小的矮星系与主星系融合在一起，常常变成主星系的一若干。

大麦哲伦星云和小麦哲伦星云在婆罗摩火山上空升起。这座火山是印度尼西亚爪哇岛婆罗摩腾格塞梅鲁全国公园的一座活火山。
（神秘的地球uux.cn报导）据新浪技术（任天）：在过去两年中，天文学家已然改写了我们星系的昨天深度realme，每一句都扎心历程。当撒哈拉以南非洲以采猎为生的科伊桑人凝视划破夜空的蜿蜒群星时，他们目睹的是篝火的余烬（依据基因探究，科伊桑人在10万年前就已存在，为已知最古老的民族）；同样的星空在波利尼西亚水手看来，则是一条吞噬云朵的鲨鱼；古希腊人则目睹了一股流淌的奶汁，并称之为“gala”，这个词最后演变成了现代的“galaxy”；在中国，这条群星组成的雾状条带宛如银色的河流，也就是“银河”或“天河”。
到了20世纪，天文学家察觉，我们身处的银河系只是一个巨大的“恒星岛”的一若干，银河的起源历程揭开了新的篇章。简易地说，该理论觉得，我们的银河系是在近140亿年前由巨大的气体云和尘埃在引力作用下合并而成的。随着时间的推移，呈现了两种结构：先是是一个巨大的球形“银晕”，后来则变成一个密度大、亮度高的圆盘。数十亿年后，太阳系在这个圆盘中形成，也着手围绕其中心旋转。所以，当我们在夜晚向星空望去时，实际上是从圆盘的内部向外看，所以银河系呈现出在天球上环绕一圈的带状。
但是，在过去两年中，探究人员差不多改写了银河系历史的每一个首要章节，而这首要归功于他们得到了更好的资料。
2018年4月25日，欧洲空间局的盖亚（Gaia）空间望远镜亮相了众多有关星空的观测资料。最为重大的是，盖亚024院线排片分析多年资料集详尽刻画了大约10亿颗恒星的运动。此前的调研只绘制了数千颗恒星的移动地图，而盖亚的新资料让原本沉寂的银河系变成天文学探究的中心。法国斯特拉斯堡天文台的天文学家费德里科·斯蒂托说：“盖亚开启了一场新的革命。”
天文学家们争相获取动向的恒星地图，接着获得了一系列察觉。例如，他们察觉圆盘的某些若干看起来古老得不可思议。他们还察觉了剧烈碰撞塑造年轻银河系的证据。另外，新的迹象表明，银河系将持续以一种意想不到的方式发生搅动。
这些结局综合起来，为银河系动荡的过去和不断转变的前方勾勒出了一个新的历程。“我们对银河系的认识转变得如此之快，”英国爱丁堡大学的天文学家迈克尔·彼得森说，“主旋律是银河系并非一个静止的物体，其各个若干的状况都在高效转变。”
最初的恒星
以便回溯银河系最初期的时光，天文学家需要寻找当时存在的恒星。这些恒星只由宇宙中最原始的物质——氢和氦——组成。幸运的是，这些早期恒星中较小的成员燃烧慢慢，所以许多恒星仍在发光。
经过几十年的调研，探究人员已然察觉了42颗这样的古恒星。它们被称为超贫金属星（ultra metal-poor star）。这里的“金属”各异于普通价值上的金属，由于氢和氦在宇宙中的组成量占了压倒性多数，天文学家将所有更重的元素都视为金属。依据以往对银河系的规范认知，这些超贫金属星应当遍布银晕，即银河系最初形成的若干。相比之下，银河系盘面——被觉得需要额外约十亿年的旋转才能变得扁平——中的恒星应该具有较多碳和氧等更重的元素。
2017年底024肖战指南费德里科·斯蒂托着手探究这群超贫金属星是如何移动的，并经由编写代码来确认快要公开的盖亚观测资料。他觉得，也许这些恒星的球形路径可以为银晕的形成提供一些线索。
在盖亚的资料亮相后的几天里，斯蒂托从完整的资料集中提取了42颗古老恒星，然后追踪它们的运动。他察觉，大多数恒星流动如预测的那样穿过了银晕，但也有大约四分之一的恒星不是如此。相反，它们似乎陷入了银河系最年轻的区域——银盘上。这一结局令斯蒂托感到相当困惑。
后续探究证实，这些恒星的确持久存在于银盘上，而不只仅是过客。经由最近的两次调研，斯蒂托和同仁收集了大约5000颗贫金属恒星。它们中有数百颗似乎可以称得上银盘的“永久市民”。另一组探究人员筛选了第二次调研中确定的大约500颗恒星，察觉大约相当之一的恒星平躺在相似太阳轨道的圆形轨道上。第三个探究小组察觉，在扁平的银盘轨道上，有各异金属丰度（所以年龄也各不一样）的恒星都在运动。巴黎天文台的天文学家、探究第一作者保拉·迪马泰奥强调：“这是一个全新的状况。”
为何会呈现这样与年龄不吻合的状况呢？斯蒂托推测，或许是原始气体团设法避开了从超新星中抛出的所有金属，然后坍缩形成了看起来很古老的恒星。还有一种说法是，银盘或许是在银晕成形的时候就着手形成，比原先预计的提前了近10亿年。
以便弄清哪一种或许性更大，斯蒂托联系了托拜厄斯·巴克，后者是德国波茨坦莱布尼茨天体物理探究所的探究者，擅长星系的数字模拟。在以往的探究中，天文学家普通觉得银晕先形成，然后才形成银盘，但这些探究都是基于分辨率相对较低的资料。
托拜厄斯·巴克将他的模拟锐度提升了10倍。在这种分辨率下，每次管理都需要众多的计算资源。即使他可以使用德国的莱布尼茨超算中心，一次模拟也需要三个月的计算时间。最后，他重复了6次这样的模拟。
在这6次模拟中，有5次形成了与银河系极为相似的“二重身”；而其中两次模拟的特征是呈现了众多贫金属银盘恒星。
这些古老的恒星是如何进入银盘的？简易来说，它们是“星际移民”。其中一些恒星诞生于银河系之前的气体云中。然后，这些气体云碰巧将它们的一些恒星送入了某些轨道，这些轨道最后形成了银盘的一若干。其他恒星来自于较小的“矮”星系，这些星系在猛烈撞击银河系之后，融入了正形成的银盘。
该小组在11月发表的探究结局表明，经典的银河系形成模型并不完整。正如预期的那样，气体云的确会坍缩成球状银晕，但当恒星以适当的角度到来时，也能另外触发银盘的形成。“（理论家们）并没有错，”托拜厄斯·巴克说，“他们只是缺少了一若干信息。”
躁动的年轻银河
繁琐的事情还不止这些。天文学家经由盖亚空间望远镜察觉了银河系“年轻”时发生过剧烈碰撞的直接证据。在以往的假设中，银河系有一个躁动的年轻时代，而普林斯顿高等探究院的天文学家赫尔墨·科佩尔曼在盖亚任务资料的合作下，总算具体确定了来自最大规模合并事情的残余。
科佩尔曼记忆称，盖亚任务2018年的资料亮相是在一个周三，对资料的疯狂获取乃至使站点都停机了。他在周四处理了这些资料，而到了周五他已然得知，一个重大察觉快要浮出水面。在银河系的各个方向，他都察觉了众多的银晕恒星，以同样奇特的方式在银河系中心来回移动——这或许表明它们来自于一个单独的矮星系。科佩尔曼和同仁在周日之前就筹备好了一篇简短的论文，并在当年6月接着开展了一项更详尽的确认。
银河系的残骸到处都是。银晕向各个方向延伸数十万光年，其内部6万光年范围内的所有恒星中，或许有一半来自这次单独的碰撞，这或许使年轻的银河系增多10%的品质。“对我来说，这相当于游戏规则都改变了，”科佩尔曼说，“我以为会有很多各异的小物体。”
探究小组将这个撞向银河系的矮星系命名为“盖亚-恩克拉多斯”（Gaia-Enceladus），以希腊女神盖亚与她的巨人儿子恩克拉多斯命名。剑桥大学的另一个探究小组大约在同一时间独立察觉了这个星系，并在某些轨道图上给它起名为“盖亚香肠”（Gaia Sausage）。
大约100亿年前，当银河系和“盖亚-恩克拉多斯”相撞时，银河系脆弱的圆盘或许遭受了广泛的破坏。天文学家争论的一个难题是，为什么银河系的星系盘似乎有两个若干，一个较薄，一个较厚，后者的恒星会在环绕星系中心的轨道上来回“蹦跳”。由迪马泰奥领导的探究表明，“盖亚-恩克拉多斯”的大若干盘面发生了爆炸，并在碰撞过程中膨胀起来。科佩尔曼说：“第一个古老银盘的形成相当快，我们觉得盖亚-恩克拉多斯摧毁了它。”
在被称为球状星团的恒星集团中，天文学家已然察觉了额外合并的迹象。德国海德堡大学的天文学家Diederik Kruijssen运用星系模拟训练了一个神经联网，对球状星团开展了细致观察，首要探究其恒星的年龄、组成和轨道。依据这些资料，神经联网可以重新兴办出导致星系重组的碰撞。然后，他对银河系的实际资料开展知晓读。该程序重建了已知的事情，比如盖亚-恩克拉多斯；以及一个更古老、更重大的合并事情，探究小组将其命名为“克拉肯”（Kraken，北欧神话中的北海巨妖）。
2020年8月，Kruijssen的团队发表了银河系和塑造它的矮星系之间的合并事情谱系。他们还预测了过往另外10次碰撞的存在，并期盼能够经由独立观测加以证实。“我们还没有找到另外10个事情，”Kruijssen说，“但我们会找到的。”
所有这些合并事情促使一些天文学家提出，银晕或许差不多完全由移民恒星组成。20世纪60年代和70年代的模型预测，大多数银晕恒星应当是在适当的位置形成的。但迪马泰奥强调，随着越来越多的恒星被确定为银河系的入侵者，天文学家或许不需要假设银河系中有很多“本地”的恒星。
仍在生长的银河系
在最近的上亿年时间里，银河系历程了一段相对平静的历史，但新来者仍在不断涌入。南半球的观星者可以用肉眼观察到一对矮星系，分别为大麦哲伦星云和小麦哲伦星云。持久以来，天文学家一直觉得这对矮星系是银河系坚定的轨道伴侣，就像两颗卫星一样。
后来，哈勃太空望远镜在2006年至2013年期间开展的一系列观测察觉，它们更像是飞来的陨石。美国弗吉尼亚大学的天文学家尼提亚·卡里瓦亚里尔测得这些星云以每秒330公里的速度靠近银河系——差不多是先前预测速度的两倍。
几年之后，爱丁堡皇家天文台的天文学家豪尔赫·佩纳鲁比亚领导的一个团队对这些资料开展了梳理。他们得出结论，这些高效移动的星云一定相当巨大，或许比之前觉得的要大10倍。
“惊喜真是一个接着一个。”佩纳鲁比亚说道。
许多探究小组都预测，这些异常“粗壮”的矮矮星或许会拖着银河系的一若干旋转。2020年，佩纳鲁比亚着手与彼得森兴办寻找有关证据。
寻找银河系尺度的恒星运动要面临一个考验，那就是银河系堪称一场由无数恒星组成的“暴风雪”，而天文学家就像在一片雪花上往外看。所以，佩纳鲁比亚和彼得森花了大若干时间探究如何抵消地球和太阳的运动，以及如何平衡银晕恒星的运动，这样银晕的外边缘才可以身为一个静止的背景。
他们在校准资料时察觉，地球、太阳及其所处银盘的其他区域，都在朝一个方向运动，并不是朝向大麦哲伦星云的当前位置，而是朝着其在大约十亿年前的位置（彼得森阐释道，银河系是一只笨拙的巨兽）。他们最近在《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志上详述了这些察觉。
银盘相对银晕的移动破坏了一个基础假设：银河系是一个处于平衡状态的物体。此前大多数天文学家觉得，银河系或许在太空中旋转或滑动，但经过数十亿年的演变，成熟的银盘和银晕已然稳定下来。
佩纳鲁比亚和彼得森的确认证明这种假设是失误的。即使在140亿年之后，合并事情仍在持续塑造着银河系的整体形状。这一认识反映了我们对天空中这条璀璨银河的新近理解。“所有我们觉得已知有关银河系前方和历史的一切，”彼得森说，“都需要一个新的模型来开展刻画。”
有关报导：隐藏银河系历史的化石碎片惊现
（神秘的地球uux.cn报导）据技术日报（张佳欣）：银河系中心球面成分（又称凸起）的形成和演化过程仍不清楚，凸起中是否存在年轻恒星一度引发风波。近期，海外天体物理学家小组在银河系中心周围尘埃云中察觉了从未见过的原始气体和恒星团。他们将这类新的由众多原始物体“遗迹”组成的恒星操控系统命名为“凸起的化石碎片”，这些原始物体在120亿年前诞生了银河系。探究结局发表于14日的英国《自然·天文学》杂志。
探究人员在确认利勒1号时察觉了这一新操控系统。利勒1号是一个银河系凸起中的恒星操控系统，40多年来一直被归类为“球状星团”，即由数百万颗同龄恒星组成的操控系统（银河系至少有150个球状星团）。但是，经由认真观察，探究人员察觉利勒1号的真实身份实际上比当下所觉得的更繁琐，也更令人着迷：它是一个巨大星团的化石碎片，大约120亿年前，这些星团合并形成了银河系中心的凸起。
“这是一个恒星遗迹，一个包含银河系形成历史的化石察觉。”意大利博洛尼亚大学弗朗西斯科·费拉罗教授说。
利勒1号伪装成球状星团，但组成它们的恒星的年龄揭示了它们身份的与众各异。经由南双子座望远镜观察，结局令人“大吃一惊”，探究人员察觉利勒1号至少有两个年龄截然各异的恒星种群，最古老的形成于大约120亿年前，也就是银河系形成的同一时间；第二个要年轻得多，形成于10亿—20亿年前。“一方面，表明这些恒星操控系统出如今银河系形成的早期阶段；另一方面，表明它们能够形成多个恒星生成事情。”
几年前，探究人员察觉了泰山5号，它的实际特征也与我们所觉得的球状星团特征不一致。它与利勒1号具备共同特征，同样拥有一个与银河系一样古老的恒星种群和一个年轻得多的恒星种群（形成于45亿年前）。这表明，这两个操控系统都是在银河系的同一时间形成的。
这项探究的合著者、意大利INAF空间科学天文台探究员伊曼纽尔·达莱桑德罗补充道：“利勒1号和泰山5号拥有相当相似的特征，这使得我们能够确认出一类新的恒星操控系统，这些操控系统起源于一些足够大的祖先，足以保留超新星喷出的气体。我们观察到的只是这些巨大结构的一些碎片。”
“银河系的历史写在这些化石遗骸中。后者是宇宙相当年轻，只有10亿年历史的象征。”费拉罗教授归纳道，“多亏了这些化石遗骸的察觉，我们才能着手阅读银河系的历史，或许这还能合作重新定义我们对银河系凸起形成的认识。”