LKH Milky Way merger (artist’s impression)
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Gaia mapping the stars of the Milky Way
Gaia mapping the stars of the Milky Way
Hubble in free orbit
Hubble in free orbit

内容提要
美国国家航天局(NASA)与欧洲空间局(ESA)的哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope)提供了确凿证据,表明银河系在演化早期曾并合过一个矮星系。这一发现将我们对银河系历史的认知向前推进了18亿年。

原文全文译文

我们的家园银河系(Milky Way galaxy)之所以能长到今天的大小,部分原因在于它吞噬了较小的星系。现在,来自美国国家航天局(NASA)/欧洲空间局(ESA)哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope)的新数据,为银河系在演化早期阶段并合一个矮星系(dwarf galaxy)提供了确凿证据。这一发现将我们对银河系历史的认知向前推进了18亿年。

今天的银河系是一个巨大的旋涡星系(spiral galaxy),拥有数千亿颗恒星(star)。然而,我们的星系并非一直如此庞大;它通过气体云(gas cloud)形成新生星(new star),并经由星系并合(galaxy merging)收集其他星系的恒星、气体和暗物质(dark matter)而不断成长。

银河系历史上最近的一次大规模并合发生在人马座(Sagittarius)矮星系身上,始于60多亿年前,至今仍在持续。回顾更遥远的过去,研究人员了解到,银河系在100亿年前吞噬了另一个名为盖亚-香肠-土卫二(Gaia-Sausage-Enceladus)的矮星系。这次古老的并合极大地影响了银河系恒星盘的结构。在此期间,还发生过其他较小的并合事件。

但银河系的历史并未止步于此。观测和模拟都表明,在这两次并合之前还发生过另一次大规模并合,尽管关于该事件的具体细节一直存在激烈争论。现在,哈勃望远镜发现了约118亿年前,即大爆炸后仅20亿年发生的一次更早并合的确凿证据。

“我们的家园是银河系,但我们并不了解这座‘房子’是如何建造的,”意大利天体物理和空间科学天文台(Astrophysics and Space Science Observatory)的首席作者Davide Massari说。“在这篇论文中,我们发现了第一批重要的‘砖块’来自何处:一个我们称之为LKH的矮星系。”

宇宙考古遗址

大规模的天文巡天和来自ESA盖亚(Gaia)任务等航天器的精密数据,在拼凑银河系历史方面发挥了重要作用。科学家试图回溯的银河系历史越久远,判断当时发生了什么就越困难。当银河系还年轻时,它的体积更小,与它发生碰撞的星系大小也更为接近。当时的环境也更加混乱,数十亿年过去,并合的痕迹很可能已被抹去。

哈勃望远镜正是深入到了这段模糊的过去。研究人员利用哈勃望远镜研究了银河系的一些球状星团(globular cluster):即由数万到数百万颗恒星组成的巨大、大致呈球形的集合体。球状星团包含了银河系中一些最古老的恒星,它们可以作为宇宙考古遗址,保存着银河系从其他星系收集来的恒星。

“得益于哈勃成像的高分辨率(high resolution)和深度,我们能够以前所未有的精度测量这些星团的年龄和金属含量,”意大利博洛尼亚大学的研究合著者Chiara Zerbinati说。“结合盖亚的测量数据,这使得区分出一群不同于其他星团的球状星团成为可能。这些星团诞生于LKH,它们告诉我们该星系何时被我们吞噬,以及它的质量有多大。”

该团队分析了哈勃对银河系内部20000光年(light year)范围内39个球状星团的观测结果,这里应当保存着最古老并合的证据。他们预计该样本中既包含在年轻银河系内形成的球状星团,也包含约100亿年前从盖亚-香肠-土卫二矮星系中收集的星团。

利用哈勃的灵敏观测来确定每个星团的精确年龄和相关的金属丰度(abundance of element)——即比氦重的元素丰度——他们确定在银河系内部区域存在第三类球状星团。研究小组发现,无论金属含量如何,这些星团都比盖亚-香肠-土卫二并合事件中收集的星团更古老,但比在银河系内诞生的星团更年轻。因此,这些星团来自一次独立且更早的并合——在这次并合中,银河系吸收了一个矮星系,其恒星质量约为太阳质量的5亿倍,占当时银河系质量的很大一部分。

他们将这个矮星系命名为Low-energy-Kraken-Heracles,简称LKH,以纪念三篇较早的研究论文,这些论文支持了银河系历史早期发生过并合的观点。在银河系形成初期发生如此大规模的并合,对银河系的演化具有深远的影响。

“过去的一些研究认为,银河系演化的早期阶段仅由银河系内诞生的恒星所定义,”Davide说。“在这里,我们证明了在河外星系(external galaxy)中诞生的恒星也必须被纳入考量。”

该团队计划继续通过研究球状星团来揭开银河系的历史,旨在刻画银河系在整个宇宙历史中经历的所有大规模并合事件。

“哈勃正在观测以前从未研究过的球状星团,这将帮助我们刻画银河系历史上遥远过去的并合事件,”西班牙维戈大学和拉古纳大学的合著者Fernando Aguado-Agelet说。

分类:星系 · 观测设备 · 航天任务

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