研究揭示銀河系最近的一次大碰撞

現代宇宙學的特點之一是它對星系如何演變的描述:通過與其他系統的碰撞和合併的分層過程。在宇宙中,沒有哪個地方比我們自己的銀河系更能清楚地看到這種積累。目前,銀河系附近的“鄰居”之一——人馬座矮星系,正在受到潮汐破壞(矮星系的恆星質量不到像銀河系這樣的正常螺旋星系的1%,而且往往更少)。

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另外兩個附近的矮星系,大麥哲倫星系和小麥哲倫星系(分別擁有銀河系1%和0.7%的恆星質量)正在向我們墜落。同時,大量的球狀星團環繞着銀河系,標誌着先前的合併所產生的影響。甚至更古老的合併記錄可以從銀河系恆星光暈中的恆星的位置和運動中提取出來,這些恆星(直徑約10萬光年)的大致球形分佈比大約100-120億年的時間還要長。同時,距銀河系最近的大星系——仙女座,比這些小矮星要遠十倍;預計再過50億年就會與它合併。

天文學家利用蓋亞任務和對銀河系光暈中的恆星進行的新的H3調查表明,銀河系的最後一次大合併是在大約80-100億年前與一個被稱為蓋亞-恩克拉多斯(Gaia-Enceladus)的矮星系合併,銀河系光暈中大約有一半的恆星來自該系統。

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蓋亞航天器於2013年發射,目標是通過勘測銀河系約1000億顆恆星中的1%,繪製出精確的三維地圖。哈佛-史密森天體物理中心 (CfA)天文學家Rohan Naidu、Charlie Conroy、Ana Bonaca、Rainer Weinberger、Nelson Caldwell、Sandro Tacchella、Jiwon Han和Phillip Cargile及其團隊利用蓋亞的結果,結合AZ的6.5米MMT望遠鏡對銀河系外圍的新調查(”H3調查”),以前所未有的細節拼湊銀河系恆星的歷史,以確定銀河系最後的合併性質。證據已經令人信服地表明,一個單一的矮星系在大約80-100億年前與銀河系合併了。被稱為蓋亞-恩克拉多斯(GSE)的天體今天還剩下什麼,是通過其恆星運動和成分從內環的恆星中推斷出來的。然而,仍然不確定的是,GSE是否與我們的銀河系正面相撞,或者相反,它在逐漸合併之前繞着銀河系運行,如果是這樣,這個軌道是什麼樣子。

天文學家們通過對蓋亞測得的光暈進行建模,再加上與恆星年齡和成分的比較,來解決這些問題。他們表明,GSE 包含大約5億顆恆星,並沒有圍繞銀河系運行,而是以逆行方向(即與銀河系的旋轉運動相反)接近它。他們還得出結論,大約 50% 的銀河系當前的恆星光暈和大約 20% 的暗物質暈來自它。銀河系包含有大約130億年的恆星,儘管這些恆星可能是在銀河系形成后被捕獲的。然而,隨着這項研究的完成,幾乎可以說明銀河系在過去100億年裡的全部增長情況。

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