盖亚卫星数据彻底改变了我们对银河系的认识

• 在这个数字模拟中，一个类似银河系的大型星系与一个较小的矮星系相撞。天文学家认为，在银河系发展的早期，至少发生过一次这样的大碰撞。

当撒哈拉以南非洲的科伊桑狩猎采集者凝视着夜空中蜿蜒的星星和尘埃时，他们看到的是篝火的余烬。波利尼西亚水手看到了一只食云的鲨鱼。古希腊人看到了一股牛奶，它最终形成了现代术语“银河”。

在20世纪，天文学家发现我们的银河只是一个巨大的恒星岛的一部分，他们写下了银河起源故事。简单地说，该理论认为，我们的银河系是在近140亿年前由巨大的气体云和尘埃在重力作用下合并而成的。随着时间的推移，出现了两种结构：首先是一个巨大的球形“光晕”，后来是一个密度大、亮度高的圆盘。数十亿年后，我们太阳系在这个圆盘中旋转，所以当我们在夜晚向外看时，我们看到了溢出的牛奶，这是一个侧面的圆盘溅过天空的景象。

然而，在过去的两年里，研究人员几乎改写了银河系历史的每一个主要章节。发生了什么事？他们得到了更好的数据。

2018年4月25日，名为盖亚(的欧洲航天器发布了大量有关天空的信息。重要的是，盖亚多年的数据集描述了大约10亿颗恒星的详细运动。此前的调查只绘制了数千颗恒星的迁移地图。这些数据让原本静止的星系带重现生机。“盖亚开启了一场新的革命，”法国斯特拉斯堡天文台的天文学家费德里科·斯蒂托说。

天文学家们争相下载动态星图，随后有了一系列的发现。例如，他们发现圆盘的某些部分看起来不可思议的古老。他们还发现了形成银河系年轻时的剧烈碰撞的证据，以及新的迹象表明，银河系继续以一种意想不到的方式运动。

• 自2013年12月发射以来，盖亚卫星彻底改变了我们对银河系的认识。

综上所述，这些结果为我们银河系动荡的过去和不断变化的未来勾勒出了一个新的故事。爱丁堡大学的天文学家迈克尔·彼得森(Michael Petersen)说：“我们对银河系的认识变化得如此之快，银河系不是一个静止的物体，它一直在变化。”

最早的恒星

为了回溯星系最早期的日子，天文学家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形成。幸运的是，这些早期恒星中较小的恒星也燃烧缓慢，所以许多恒星仍在发光。

经过几十年的调查，研究人员已经收集了42个这样的恒星，他们被称为金属恒星（对天文学家来说，任何比氦原子更大的原子都可以被称为金属）。根据银河系的标准说法，这些恒星应该遍布光晕，光晕是星系形成的第一部分。相比之下，盘状星云中的恒星应该受到碳和氧等更重的元素的污染。

在盖亚的数据发布后的几天里，天文学家从完整的数据集中提取了42颗古老恒星，然后跟踪了它们的运动。他门发现，正如预测的那样，大多数恒星流穿过了光晕。但也有一些恒星没有穿过。相反，它们似乎卡在了银河系最年轻的区域，即圆盘上。

后续研究证实，这些恒星确实是圆盘上的“长期居民”，而不仅仅是路过的游客。另一组研究人员筛选了另一项调查确定的大约500颗恒星，发现大约十分之一的恒星平躺在圆盘上的。第三个研究小组发现不同金属元素的恒星在扁平圆盘轨道上运动。

这些时代错误是如何出现的呢？可能是原始气体设法避开从超新星中喷射出的金属，然后坍缩形成了看起来很古老的恒星。还有一种说法是，盘状物可能是在日冕形成的时候开始形成的，比预期提前了近10亿年。

• 在这些数字模拟中，一个类似银河系的星系形成和演化超过138亿年。

在这种分辨率下，每次运行都需要密集的计算资源。即使使用德国莱布尼茨超级计算中心，一次模拟也需要三个月的计算时间。在这六颗行星中，有五颗产生了银河系的二重身。其中两颗恒星的特征是大量缺乏金属的盘状恒星。

那些古老的恒星是如何进入圆盘的？其中一些恒星诞生于银河系之前的云中。然后，这些云团碰巧将它们的一些恒星送入轨道，这些轨道最终形成了银盘的一部分。其他恒星来自于小的“矮”星系，这些星系猛烈撞击银河系，并与一个浮现的圆盘对齐。

该小组在11月发表的研究结果表明，经典的星系形成模型是不完整的。正如预期的那样，气体云确实坍缩成球状晕。当恒星以适当的角度到达时，就能同时启动圆盘。

大约100亿年前，当银河系和盖亚-恩克拉多斯相撞时，银河系脆弱的圆盘可能遭受了严重的破坏。天文学家争论为什么我们的星系盘似乎有两个部分，一个较薄的圆盘，一个较厚的圆盘，恒星在环绕星系中心的轨道上来回蹦跳。

所有这些合并导致一些天文学家提出，日冕可能几乎完全由移民恒星组成。上世纪60年代和70年代的模型预测，大多数银河系晕星应该是在适当的位置形成的。但迪马特奥说，随着越来越多的恒星被确定为银河系的入侵者，天文学家可能不需要假设很多，如果有的话，恒星是本地的。

银河系在最近的上亿年间经历了一段相对平静的历史，但新来者仍在不断涌入。南半球的天文学家可以用肉眼发现一对矮星系，这对矮星系叫做大麦哲伦星云和小麦哲伦星云。长期以来，天文学家一直认为这对行星是我们坚定的轨道伴侣，就像银河系的卫星一样。

随后，哈勃太空望远镜在2006年至2013年期间进行的一系列观测发现，它们更像是飞来的陨石。弗吉尼亚大学的天文学家尼提亚·卡里瓦亚里尔测得这些云团以每秒330公里的速度进入大气层——几乎是先前预测速度的两倍。

• 当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在几年后处理这些数据时，他们得出结论，这些快速移动的云一定非常巨大，可能比之前认为的要大10倍。

各种各样的研究小组都预测，这些出人意料的健壮的矮矮星可能会拖着银河系的一部分旋转。寻找整个银河系的运动存在一个问题，那就是银河系是一片恒星的狂暴风暴，天文学家只能从一片雪花中往外看。所以佩纳鲁比亚和彼得森花了大部分时间研究如何抵消地球和太阳的运动，以及如何平均晕轮恒星的运动，这样晕轮的外边缘就可以作为一个静止的背景。

圆盘在日冕上的滑动破坏了一个基本假设，银河系是一个处于平衡状态的物体。它可能在太空中旋转或滑动，但大多数天文学家认为，在数十亿年后，成熟的圆盘和日冕已经稳定下来。我们认为我们已经知道的关于银河系未来和历史的一切，我们需要一个新的模型来描述它。