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我们最近的星系邻居的图像，由哈勃望远镜411次独立观测中拍摄的共7398张曝光照片组合而成。图片来源：NASAESA华盛顿大学PHAT调查团队。

仙女座星系是银河系最邻近的宇宙邻居之一，是天文学家们十分感兴趣的研究对象。它距离地球约250万光年，在光线条件允许的情况下，肉眼即可观测到，这让天文学家能够详细研究其恒星群体。此外，这个星系的大小约为银河系的两倍（20万光年），恒星数量是银河系的五倍——大约有一万亿颗恒星。

因此，仙女座星系让天文学家能更好地理解我们银河系的演化，同时也为了解宇宙中一些最大的星系提供了洞见。在一项利用美国国家航空航天局哈勃太空望远镜开展的两项调查数据进行的新研究中，华盛顿大学研究人员领导的团队发现，仙女座星系的恒星形成活动正在减弱。

发表在《天体物理学杂志》上的研究结果表明，恒星形成在过去5亿年里一直处于下降趋势，而在最近4000万年里下降得更为陡峭。星系盘内的恒星形成由多种因素驱动，这些因素可分为内部和外部两类。内部机制包括分子云通过引力、磁场或冲击波等力量积聚质量，这些力量将气体和尘埃推到一起，直到发生引力坍缩。

仙女座星系也是一个低电离核发射线区（LINER）螺旋星系。尽管从天文角度来看它很近，但它仍然非常遥远且难以研究。图片来源：NASAESA哈勃

同时，外部作用力包括星系合并，这种合并会压缩两个星系的气体和尘埃，从而触发新恒星的诞生。经历过近期恒星形成的星系区域往往含有更大比例的蓝色恒星（O型、B型和A型），因为这些恒星质量更大且寿命较短。质量较小的恒星，比如M型红矮星，亮度更低，且寿命长得多（可达数万亿年）。

因此，近期恒星形成较少的区域往往拥有更红的恒星群体。计算恒星形成速率需要天文学家测量每年转化为恒星的气体和尘埃质量。结果以太阳质量为单位表示，每个太阳质量相当于我们太阳的质量：2×10³⁰千克，或2×10²⁷公吨（2.2×10²⁷美吨）。

在这项研究中，研究人员结合了泛色哈勃仙女座宝库（PHAT）和泛色哈勃仙女座南部宝库（PHAST）的数据。PHAT调查从紫外到近红外光谱测绘了M31恒星形成盘约三分之一的区域（1亿颗恒星），而PHAST则跟进，在光学近紫外波段解析了9000万颗恒星。

这些观测研究共同以极高的细节度绘制了仙女座星系盘约三分之二的区域，呈现出仙女座星系过往活动的详细图景。研究团队首先将仙女座星系的图像划分为数千个正方形区域，每个区域的边长为300光年。通过这些区域，研究团队确定了每个区域内的恒星形成历史，以全面了解仙女座星系盘中的恒星演化。

我们需要测量单个恒星，因为它们是星系形成的化石记录，该研究的合著者、华盛顿大学天文学家本威廉姆斯说。哈勃望远镜是能在足够大的区域内提供足够高空间分辨率，从而在仙女座星系中完成这项工作的望远镜之一。

哈勃拍摄的仙女座星系图像，显示了经历过近期恒星形成的较蓝区域（1）和近期恒星形成较少的较红区域（2）。图片来源：NASAESA华盛顿大学西北大学空间望远镜科学研究所

先前的研究表明，仙女座星系大约在20亿年前经历过一次恒星形成爆发，可能是由星系合并引起的，但随后开始衰退。研究团队计算得出，5亿年前，仙女座星系的恒星形成速率约为每年一个太阳质量，到4000万年前降至约一半。他们发现，当前的速率进一步下降到了每年约五分之一太阳质量。

该团队还发现，近期的恒星形成大多发生在距离星系中心约32000光年的一个恒星形成环中，而非遍布整个星系。这表明他们所观察到的大部分衰退是由该环结构内活动减少所驱动的。他们推测，这很可能是其之前更活跃状态的自然减弱，而非新恒星形成材料减少的结果。

团队还研究了恒星形成率的下降是否与仙女座星系靠近M32有关。这个卫星星系与仙女座星系相距约1.6万光年，天文学家不确定它过去是否以及何时与仙女座星系发生过相互作用。解决这个问题是PHAST调查的主要动机之一，该调查让团队得以研究两个星系之间的恒星形成历史。结果显示，两个星系之间的区域也在很久以前开始出现恒星形成率下降的现象。

这种减少的时间点可能帮助天文学家解开过去可能存在的相互作用之谜。我们不能明确说我们看到的恒星形成减少是因为M32。但它就在那里，而且绝对是最有可能的嫌疑对象，韦纳说。该团队计划结合哈勃数据和地面观测，继续分析仙女座的恒星形成历史，以获得更深入的见解。当天美国国家航空航天局的南希格蕾丝罗曼太空望远镜发射时，天文学家们将了解到更多信息，该望远镜计划于不久后发射。

凭借其巨大的视场——在单次观测中，其近红外波长下的视场至少是哈勃望远镜的100倍——天文学家将能够更详细地绘制仙女座星系的地图。美国国家航空航天局（NASA）已批准一项观测计划，该计划将对仙女座星系的整个圆盘及周边区域进行成像，使天文学家能够测量数亿颗恒星。这些研究将有助于揭示仙女座星系以及我们银河系中的恒星演化过程。

BY: Matthew Williams

FY: AI

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