银河系中也有山峰和河流?这些壮丽的恒星形态到底是怎样形成的?

 新闻资讯     |      2019-09-09 22:30

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盖亚(Gaia)任务最近对银河系中的10亿颗恒星进行了一个的天体调查。他们发现了一些壮丽的天体特征,比如由恒星组成的山脉、拱桥和河流。(图片:ESA/Gaia/DPAC, CC by sa 3.0 IGO)

对于我们来说,夜空看起来可能就像是随意散落的恒星,但天文学家了解到,在银河系的某些区域,恒星聚集的方式与地球上的一些特征非常相似——例如溪流、波浪、拱桥和山脊。

地球上的许多特征都是由地质构造活动造成的,但科学家们并不确定到底是什么造成了银河系的这些恒星特征。现在,研究人员正在进行测试,寻找这背后的原因,他们还考虑到了来自银河系外部的力量,然而,真正的原因可能就来自于银河系本身。

科学家将银河系描述为一个棒旋星系——本质上这种星系的形状就像一个单面朝上的鸡蛋,恒星分布呈风车状,但在更小的尺度上,星系的区域“地形”中隐藏着更多的细节。

自2013年以来,欧洲航天局(European Space Agency)一个名为盖亚(Gaia)的任务就开始对银河系进行一次普查,旨在对超过10亿颗恒星进行编目。利用2018年4月公布的另外5.5亿颗恒星的位置和运动精确测量数据,天文学家现在可以从新的维度来探索银河系。

虽然这些星系探索任务发现了新的星系区域,比如那些山脊和拱桥,但科学家们一直无法完全解释这些恒星结构的成因。由澳大利亚悉尼大学天文学家领导的一个小组决定尝试在计算机模型中模拟重现他们在恒星中看到的一些特征。

研究人员集中研究了银河系中的一系列八座“山脊”,它们像山脉一样相互折叠在一起。盖亚的数据显示,这些山脊夹在银河系盘面的中间层,而且每个山脊的顶端都有一些独特的恒星。利用另一项分析恒星组成的任务的数据,他们注意到所有的这些恒星都有与太阳有着相似的组成元素,由于元素组成可以暗示恒星的年龄,这就告诉了研究人员这些年轻的恒星并不像老恒星那么分散,这有助于研究人员理解这些“脊线”的形成。

关于这些“脊线”和其他特征的形成理论可以分为两类:内部影响和外部影响。一些理论认为,星系的内部机制是形成这些星系形态的关键。例如,引力相互作用可能会产生共振波,使较小的物质团块变成更大的物质团块。另外,星系中恒星、气体和尘埃之间的摩擦也可能会导致这些形态特征的产生,就像洗衣机里的衣服在清洗过程中会因为摩擦而纠缠在一起一样。其他理论认为,一些外部特征穿过星系的话——例如另一个小矮星系——也会导致恒星出现折叠形态,(想象一下你在走过地毯时拖着脚,地毯也会折叠起来。)

研究小组利用计算机模拟了这些内部和外部影响过程,看看是否可以在不同的条件下重现恒星的形态分布。他们发现,恒星的这些“山脊”形态,和模拟受到星系内部影响的独立区域的模拟结果要更为相似,研究人员把这个内部影响过程称为相位混合,在这个过程中,由于螺旋臂随着时间的变化,多个恒星群会逐渐混合,就像调鸡尾酒的时候朗姆酒和可乐也会混在一起一样。此外,这些“山脊”中的年轻恒星也证明(与更老的恒星相比,年轻恒星分散的时间更短),这些恒星形态是受到了附近一种力量的影响。而模拟被路过星系的引力影响的区域,则显示出比银河系实际“山脊”要高得多的“山脊”。

悉尼大学天文学家、这篇新论文的第一作者Shourya Khanna说,“山脊”的高度“有可能是区分内部和外部过程的一种方式”。

不过这些模拟还是存在着一些限制的。研究人员还没有在模拟中加入气体的因素,这可能会影响结果。研究发现证据表明,附近的一个星系曾经穿过银河系。研究表明,这种外部的相互作用可能是恒星“河流”产生的原因,而星系内部的影响——比如相位混合——则更可能是“山脊”的成因。由于还有许多恒星有待分类,盖亚可能会为天文学家提供更多关于塑造银河系惊人形态的力量的线索。

罗切斯特大学的天文学家爱丽丝·奎伦(Alice Quillen)没有参与这项研究,但她说:“我们目前比较了解的银河系区域非常接近太阳,但即将发布的盖亚任务数据应该会让我们扩大这个区域的规模。”

科学家们已经将他们的发现发表到预印平台arXiv,还提交到《皇家天文学会月刊》等待发表。