盖亚银河系上一次重大碰撞发生的时间出人意料地近

我们的星系在其一生中曾与许多其他星系发生过碰撞。欧空局的盖亚太空望远镜现在发现，最近一次碰撞发生的时间比我们想象的晚了数十亿年。

随着其他星系接近、碰撞、撕裂和吞噬我们的星系，银河系也随着时间的推移而不断扩大。每次碰撞都会引发一些波澜，这些波澜至今仍影响着不同的恒星家族，影响着它们在太空中的运动和行为。

盖亚的目标之一是通过研究这些皱纹来揭开我们银河系的历史——它通过精确定位我们附近的超过100,000颗恒星的位置和运动来实现这一目标，这些恒星只是它所观测到的约20亿颗恒星中的一小部分。

“随着年龄的增长，我们的皱纹会越来越多，但我们的研究显示，银河系的情况正好相反。它就像宇宙中的本杰明·巴顿，随着时间的推移，皱纹会越来越少，”美国亨茨维尔伦斯勒理工学院和阿拉巴马大学的托马斯·唐隆说。唐隆也是发表在《皇家天文学会月刊》上的新盖亚研究报告的主要作者。

“通过观察这些皱纹如何随着时间的推移而消散，我们可以追溯银河系上一次大碰撞的时间——结果发现这次碰撞比我们想象的晚了数十亿年。”

这些星系皱纹直到2018年才被盖亚发现。该研究首次通过将观测结果与宇宙学模拟进行比较，准确确定了造成皱纹的碰撞时间。

奇怪的动作

银河系光晕包含一大群轨道不寻常的恒星，其中许多恒星被认为是在一次被天文学家称为“最后一次大合并”的事件中被纳入银河系的。顾名思义，这是我们的星系最后一次与另一个星系发生重大碰撞——该星系被认为是一个巨大的矮星系，它充满了非常靠近我们星系中心的恒星，淹没了银河系。

科学家们曾将这次合并事件追溯到80亿至110亿年前，当时银河系还处于萌芽阶段，这次合并事件被称为盖亚-香肠-土卫二(GSE)。但盖亚的数据(作为望远镜2022年数据发布3的一部分发布)现在表明，另一次合并可能催生了这些异常移动的恒星。

“恒星的皱纹在盖亚数据中如此清晰可见，说明它们加入地球的时间必定不到30亿年——比之前认为的至少晚了50亿年，”论文合著者、伦斯勒理工学院的海蒂·乔·纽伯格补充道。

“每次恒星在银河系中心来回摆动时，都会形成新的恒星皱纹。如果它们在80亿年前加入我们，那么彼此相邻的皱纹就会如此之多，以至于我们将不再将它们视为单独的特征。”

这一发现表明，这些恒星并非源自古老的GSE合并，而一定是来自更近期的事件，即室女座径向合并，该事件发生于不到30亿年前。

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动画展示了一次始于约97亿年前并持续到近现代的合并。它显示了画面中心的螺旋银河系，右下方可以看到我们星系的两个著名卫星星系(大麦哲伦星云和小麦哲伦星云)。画面中有一团红色的恒星云在移动——这是一个与银河系相撞的矮星系。该星系因碰撞而被撕裂。在约70亿年前，动画的分辨率提高了，以更好地显示从这颗相撞的矮星系吸入银河系的新恒星“云”。这些恒星在我们的星系周围形成了一个恒星“光晕”，这是一个向四面八方延伸的巨大恒星组成部分(这个光晕在这个模拟中得到了视觉增强，但实际上与银河盘相比非常暗淡)。碰撞后不久，内部星系看起来杂乱无章，但很长时间后就会变得光滑。盖亚正在观察这些褶皱，以追溯和改写银河系的历史。这架太空望远镜拥有独特的位置，可以探索我们天空中的无数恒星，迄今为止已汇编了约15亿颗恒星的位置、距离和运动的无与伦比的数据集。盖亚的新发现表明，我们在银河系中看到的褶皱很可能是由大约27亿年前的矮星系与银河系相撞造成的——换句话说，银河系的很大一部分只是在过去的几十亿年内才加入我们的。图片来源：欧洲航天局

改写历史

有证据表明，GSE合并发生在银河系的很久以前。然而，最近的研究质疑，是否真的需要一次大规模的古代合并来解释我们今天看到的银河系的特性，以及最初与GSE相关的所有恒星是否都来自同一次合并事件。

2020年，托马斯领导了一项研究，确定了银河系中的恒星皱纹，并将其与不同可能发生的合并的模拟进行了比较。

“通过这些模拟合并，我们可以看到皱纹的形状和数量如何随时间变化。这让我们能够精确地确定模拟结果与我们今天在真实的盖亚银河系数据中看到的结果最吻合的确切时间——这也是我们在这项新研究中使用的方法，”托马斯说。

“通过这种方法，我们发现这些皱纹很可能是由大约27亿年前的一个矮星系与银河系相撞造成的。我们将这次事件命名为室女座径向合并。”

此后，托马斯和同事们进一步研究了这次合并，逐渐完善了这样一种观点：银河系内晕中许多奇怪移动的恒星和碎片是由比GSE更近的星系碰撞带到我们星系的。他们还澄清说，最初与GSE相关的恒星可能起源于多次合并，其中一些合并很古老。

“银河系的历史目前正在不断被改写，这在很大程度上要归功于盖亚的新数据，”托马斯补充道。“我们对银河系过去的认识与十年前相比发生了巨大变化，我认为我们对这些合并的理解将继续迅速改变。

“这一结果——银河系的很大一部分只是在过去的几十亿年内才与我们融合——与天文学家迄今为止的想法有很大不同。许多关于银河系如何成长的流行模型和想法都认为，最近与这种质量的矮星系发生正面碰撞是非常罕见的。”

室女座径向合并很可能带来了一系列其他小型矮星系和星团，它们可能都在同一时间加入银河系。未来的探索将揭示这些较小的物体中哪些之前被认为与古老的GSE有关，实际上与更近期的室女座径向合并有关。

令人难以置信的合作

这一发现与盖亚的一系列成果一起改写了我们宇宙家园的历史。这架太空望远镜在探索天空中无数恒星方面具有独特的优势，迄今为止已汇编了约15亿颗恒星的位置、距离和运动的无与伦比的数据集。

“盖亚是一项成果丰硕的任务，它改变了我们对宇宙的看法，”欧空局盖亚项目科学家蒂莫·普鲁斯蒂说。“这样的成果得益于欧洲及其他地区大量科学家和工程师的出色团队合作。”

“这一发现加深了我们对塑造银河系的许多复杂事件的了解，帮助我们更好地理解星系是如何形成和塑造的——尤其是我们的家乡星系。”