銀河系中也有山峰和河流?這些壯麗的恆星形態到底是怎樣形成的?

2021-01-09 前瞻網
銀河系中也有山峰和河流？這些壯麗的恆星形態到底是怎樣形成的？
 Connor Feng • 2019-09-07 14:29:27　來源：前瞻網　E3901G0

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蓋亞(Gaia)任務最近對銀河系中的10億顆恆星進行了一個的天體調查。他們發現了一些壯麗的天體特徵，比如由恆星組成的山脈、拱橋和河流。(圖片：ESA/Gaia/DPAC, CC by sa 3.0 IGO)

對於我們來說，夜空看起來可能就像是隨意散落的恆星，但天文學家了解到，在銀河系的某些區域，恆星聚集的方式與地球上的一些特徵非常相似——例如溪流、波浪、拱橋和山脊。

地球上的許多特徵都是由地質構造活動造成的，但科學家們並不確定到底是什麼造成了銀河系的這些恆星特徵。現在，研究人員正在進行測試，尋找這背後的原因，他們還考慮到了來自銀河系外部的力量，然而，真正的原因可能就來自於銀河系本身。

科學家將銀河系描述為一個棒旋星系——本質上這種星系的形狀就像一個單面朝上的雞蛋，恆星分布呈風車狀，但在更小的尺度上，星系的區域「地形」中隱藏著更多的細節。

自2013年以來，歐洲航天局(European Space Agency)一個名為蓋亞(Gaia)的任務就開始對銀河系進行一次普查，旨在對超過10億顆恆星進行編目。利用2018年4月公布的另外5.5億顆恆星的位置和運動精確測量數據，天文學家現在可以從新的維度來探索銀河系。

雖然這些星系探索任務發現了新的星系區域，比如那些山脊和拱橋，但科學家們一直無法完全解釋這些恆星結構的成因。由澳大利亞雪梨大學天文學家領導的一個小組決定嘗試在計算機模型中模擬重現他們在恆星中看到的一些特徵。

研究人員集中研究了銀河系中的一系列八座「山脊」，它們像山脈一樣相互摺疊在一起。蓋亞的數據顯示，這些山脊夾在銀河系盤面的中間層，而且每個山脊的頂端都有一些獨特的恆星。利用另一項分析恆星組成的任務的數據，他們注意到所有的這些恆星都有與太陽有著相似的組成元素，由於元素組成可以暗示恆星的年齡，這就告訴了研究人員這些年輕的恆星並不像老恆星那麼分散，這有助於研究人員理解這些「脊線」的形成。

關於這些「脊線」和其他特徵的形成理論可以分為兩類：內部影響和外部影響。一些理論認為，星系的內部機制是形成這些星系形態的關鍵。例如，引力相互作用可能會產生共振波，使較小的物質團塊變成更大的物質團塊。另外，星系中恆星、氣體和塵埃之間的摩擦也可能會導致這些形態特徵的產生，就像洗衣機裡的衣服在清洗過程中會因為摩擦而糾纏在一起一樣。其他理論認為，一些外部特徵穿過星系的話——例如另一個小矮星系——也會導致恆星出現摺疊形態，(想像一下你在走過地毯時拖著腳，地毯也會摺疊起來。)

研究小組利用計算機模擬了這些內部和外部影響過程，看看是否可以在不同的條件下重現恆星的形態分布。他們發現，恆星的這些「山脊」形態，和模擬受到星系內部影響的獨立區域的模擬結果要更為相似，研究人員把這個內部影響過程稱為相位混合，在這個過程中，由於螺旋臂隨著時間的變化，多個恆星群會逐漸混合，就像調雞尾酒的時候朗姆酒和可樂也會混在一起一樣。此外，這些「山脊」中的年輕恆星也證明(與更老的恆星相比，年輕恆星分散的時間更短)，這些恆星形態是受到了附近一種力量的影響。而模擬被路過星系的引力影響的區域，則顯示出比銀河系實際「山脊」要高得多的「山脊」。

雪梨大學天文學家、這篇新論文的第一作者Shourya Khanna說，「山脊」的高度「有可能是區分內部和外部過程的一種方式」。

不過這些模擬還是存在著一些限制的。研究人員還沒有在模擬中加入氣體的因素，這可能會影響結果。研究發現證據表明，附近的一個星系曾經穿過銀河系。研究表明，這種外部的相互作用可能是恆星「河流」產生的原因，而星系內部的影響——比如相位混合——則更可能是「山脊」的成因。由於還有許多恆星有待分類，蓋亞可能會為天文學家提供更多關於塑造銀河系驚人形態的力量的線索。

羅切斯特大學的天文學家愛麗絲·奎倫(Alice Quillen)沒有參與這項研究，但她說：「我們目前比較了解的銀河系區域非常接近太陽，但即將發布的蓋亞任務數據應該會讓我們擴大這個區域的規模。」

科學家們已經將他們的發現發表到預印平臺arXiv，還提交到《皇家天文學會月刊》等待發表。

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