参透银河系前世今生

来自盖亚的数据将带领人们进一步探索银河系的形成和进化。资料来源:欧空局/盖亚/DPAC

■任芳燕，本报见习记者

去年4月，天文学家迎来了“双11”欧洲航天局(欧空局)盖亚项目小组的第二批天文卫星数据正式发布，包括数十亿颗恒星的精确距离、位置和亮度。它可以说是历史上最全面、最详细的数据“礼品袋”。数据发布后，下载网页的访问量激增，甚至一度导致服务器拥塞。

现在嘉年华仍在继续，来自世界各地研究人员的“买家展示”正在一个接一个地涌现。有许多有趣和重要的研究成果。一些人已经发现了一个外星系是如何在3亿到5亿年前经过银河系的，而重力扰动并没有完全消失。一些天文学家研究了100亿年前银河系是如何吞噬另一个星系并将其作为自身的一部分来吸收的...

"我们以前对银河系的看法正在改变。"英国剑桥大学的天文学家瓦西里·别洛库洛夫谈到了盖亚的影响。

盖亚标准

作为众多恒星之一，太阳系位于银河系的最边缘。天文学家需要绘制银河系的结构图来观察夜空中巨大的恒星带。

在20世纪中叶，人们绘制了一幅如此巨大的图像，并指出许多恒星分布在银河系中心的凸起处，周围环绕着薄薄的光环。之后，研究人员从暗物质、气体和尘埃开始推断这些结构是如何在数十亿年后形成的:那些可见部分坍塌成盘状结构，吞噬较小的星系，然后膨胀。天文学家用望远镜反复拍摄整个天空，增加了许多细节，但他们只能得到恒星的静态位置和亮度。

由于地球的大气层和其他因素，很难根据地面观测了解恒星在三维空间中是如何运动的。盖亚探测器于2000年获得批准，并于2013年飞入太空，旨在解决这些问题，并计划带回银河系中10亿颗恒星的距离和运动参数，其中约99.99%从未被精确测量过。

中国科学院上海天文台的研究员马丁·史密斯用《中国科学杂志》做了一个类比:“就像我们以前的研究是基于静止图像，盖亚的数据把这些静止图像变成了一部包含大量信息的3D电影。我们可以更直观地知道恒星在太空中是如何运动的，以及它们离我们有多远。”

与之前由欧空局发射的希帕科斯卫星相比，盖亚卫星更加精确和灵敏，能够探测到银河系中更暗的恒星，甚至银河系外的天体。这些观测的数量非常大，超过了目前人类对银河系恒星的观测总量中国科学院国家天文台研究员刘超告诉《中国科学新闻》，他之前参与了盖亚项目中恒星物理参数的提取。

如果你想获得星系中恒星的绝对坐标，你必须首先建立一个精确的坐标网格。“盖亚项目已经为天体测量建立了这样一个参考框架，这就像给研究人员一把尺子，这样他们就可以测量恒星的绝对位置。”陆朝说道。

盖亚的贡献不止于此。10亿颗恒星的位置、距离和速度等参数可以建立银河系的动态模型。有了这么多样本，人们将会对银河系是如何移动和演化有更清晰的了解。

银河系考古学

去年4月，第二批数据一发布，科学家们就汇编了盖亚探测器发射进入太空以来的所有观测记录，并恢复了迄今为止银河系及其邻近星系最完整、最详细的“地图”。

当然，这些数据带来了更令人兴奋的研究成果。许多研究团队在收到数据后加班加点地整理和分析数据。荷兰格罗宁根大学卡普顿天文研究所的天文学家阿米纳·赫尔米和他的同事也不例外。

银河系可以分为内部和外部星座。前者更小更薄，而后者更大更厚。研究者对外盘的形成和演化有不同的看法。去年10月，赫尔米等人在《自然》杂志上发表了一项研究，该研究表明年轻的银河系与另一个巨大的星系相撞，导致了巨大的形状变化。

根据盖亚计划公布的700万颗恒恒星的位置和运动参数，赫尔米等人发现其中相当多的恒星(约30，000颗恒星)在反向漂移，它们的轨道与银河系中其他恒星的轨道不同。研究人员将这些星系命名为盖亚-恩克拉多斯(GE)。

通用电气与银河系相撞后，后者的恒星被分散，碰撞造成的扰动扭曲了其内部。这也是银河系演化成众所周知的螺旋形之前的最后一次大碰撞。

其他研究人员从盖亚公布的数据中发现了恒星运动速度和方向的大量异常现象，从而导致了银河系的变化。然而，这些异常发生在大约3亿年前，就像昨天发生在银河系一样。

去年9月，西班牙巴塞罗那大学空间科学研究所的研究员特蕾莎·安托亚和她的同事在《自然》杂志上发表了一项研究。他们发现，大约几亿年前，银河系与矮星系有“亲密接触”，因此受到更大的重力干扰。

安托亚等人根据盖亚提供的600万颗恒星的速度和位置数据，发现这个小星系在经过时与银河系的银盘相撞。重力产生的扰动就像扔进池塘的石头，涟漪效应一直持续到今天。

太空探索的新时代

根据盖亚计划提供的观测数据，这些重要的研究可以在更短的时间内发现，而且人们以前做出的假设也可以通过银河系中的精确坐标得到验证。

预计盖亚将于2020年发布第三批探测数据。然而，这并不意味着以前的地面天文观测是无用的。

史密斯说:“盖亚的数据并不能回答所有的问题，比如恒星是来还是去地球，恒星的化学成分是什么，这取决于恒星的光谱。”。"所以我们也需要来自地面的观测数据."

赫尔米和他的同事使用新墨西哥阿帕奇天文台的斯隆数字天空测量(SDSS)数据来证实那些轨道不同于其他恒星的星座具有相似的化学成分，从而证明它们来自银河系之外。

盖亚地面上的“助手”还包括光谱研究，使用智利帕瑞那天文台的超大型光学望远镜来观察成千上万颗恒星的径向速度和化学成分。

中国的郭守敬望远镜LAMOST也有贡献。如果盖亚的力量是提供大量恒星的“绝对坐标”，六年前正式投入使用的LAMOST可以提供近1000万颗恒星的光谱。来自太空卫星和地面望远镜的数据相互补充和验证，这可以进一步加速人类对银河系的探索。

“在未来，我们将结合盖亚和拉莫特的数据来进一步研究银河系的演化，并找出我们周围恒星的起源。”史密斯说。

《中国科学日报》(2019-025第三版国际版)