科学发布:哈勃空间望远镜解开了银河系早期的并合之谜
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内容提要
美国国家航天局(NASA)与欧洲空间局(ESA)的哈勃空间望远镜发现了银河系早期演化阶段发生星系并合的确凿证据。这一发现将我们对银河系历史的认知向前推进了18亿年。

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heic2611 — 科学发布

哈勃空间望远镜解开了银河系早期的并合之谜

2026年8月17日

我们的家园银河系(Milky Way),其现今规模的形成部分归功于对较小星系的吞噬。如今,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,为银河系演化早期阶段一个矮星系(dwarf galaxy)的并合提供了确凿证据。这一发现将我们对银河系历史的认知向前推进了18亿年。

研究结果已于今日发表在《天体物理和空间科学》(Nature Astronomy)期刊上。

今日的银河系是一个拥有数千亿颗恒星(star)的巨大旋涡星系(spiral galaxy)。然而,我们的星系并非一直如此庞大;它通过从气体云(gas cloud)中形成新生星(new star),以及通过星系并合(galaxy merging)从其他星系收集恒星、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,始于60多亿年前,至今仍在持续。回溯到更遥远的过去,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。在这两次并合之间,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,在上述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,哈勃空间望远镜发现了约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,”意大利博洛尼亚天体物理和空间科学天文台(Astrophysics and Space Science Observatory of Bologna)的首席作者Davide Massari表示。“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

巨大的天文巡天项目以及来自ESA盖亚(Gaia)任务等航天器的精确数据,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,并合的痕迹很可能在数十亿年间已被抹去。

哈勃空间望远镜正是深入到了这段模糊的过去进行观测。研究人员利用哈勃空间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。球状星团包含着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。

“得益于哈勃空间望远镜的高分辨率(high resolution)和深度成像,我们能够以空前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。“结合盖亚任务的测量数据,这使得区分出一群与其他星团不同的球状星团成为可能。这些星团诞生于LKH,它们告诉了我们那个星系何时被我们的星系吞噬,以及它的质量有多大。”

研究团队分析了哈勃空间望远镜对银河系内部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。

利用哈勃空间望远镜的灵敏观测来确定每个星团的精确年龄及相关的金属丰度(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。研究团队发现,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,银河系吸收了一个恒星质量约为太阳5亿倍的矮星系,这占了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,以纪念三篇早期支持银河系历史早期并合观点的研究论文。

在银河系形成如此早期的阶段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,银河系演化的最早阶段仅由银河系内诞生的恒星所定义,”Massari说。“在这里,我们证明了在河外星系(external galaxy)中诞生的恒星也需要被纳入考量。”

该团队计划继续通过研究银河系的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所经历的所有大规模并合事件。

“哈勃空间望远镜正在观测从未被研究过的球状星团,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表示。

分类:星系 · 观测设备

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