原创银河考古学家发现银河系恒星源自其他星系_科技动态

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2026-08-18 14:30:37

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一幅插图展示了我们的银河系与邻近的仙女座星系预计合并过程中的一个阶段，这一过程将在未来数十亿年内展开。美国国家航空航天局；欧洲空间局；空间望远镜科学研究所的Z莱维与R范德马雷尔；T哈拉斯；以及A梅林格

在漆黑的夜晚抬头仰望，银河就像一条平静的星带横贯天空。但我们的星系有着狂暴的过去。

130多亿年来，它通过恒星形成和与其他星系的合并不断成长。我们已经知道，有几个大型星系曾帮助塑造了早期的银河系。

一项发表在《自然天文学》上的新研究如今让这些事件中最早期的一件变得更加清晰。由意大利博洛尼亚天体物理与空间科学天文台的天文学家达维德马萨里领导的团队，利用超致密星团异常精确的年龄数据，更好地确定了这场古老合并发生的时间、闯入星系的质量，以及它在成为银河系一部分之前是如何演化的。

这将我们带入银河系历史上最具形成意义——也最难重现——的时期之一：它最初的几十亿年。

星系通过合并而成长

在我们当前关于星系形成的理论中，大型星系是随着较小的星系系统在引力作用下聚集并合并而逐渐形成的。引力会将进入的星系撕裂，并将其恒星散布到更大的星系系统中。数十亿年后，这些恒星仍然能保留它们起源地的线索。因此，银河系包含着它所吸收过的星系的化石记录。

这一观点的重要性在今年得到了凸显，当时卡弗里天体物理学奖被授予瓦西里别洛库罗夫、阿米娜赫尔米和罗德里戈伊巴塔，以表彰他们在发现过去合并事件的化石证据以及展示银河系如何通过这一过程成长方面的开创性工作。

那段历史中最清晰的篇章之一是盖亚–香肠–恩克拉多斯星系（简称GSE）：一个大约在100亿年前与银河系合并的大型星系。

但回溯到更久远的时期就变得困难得多。在更早的时候，银河系本身还很小，与它合并的星系是重要的组成部分，而不是坠入成熟星系的小型卫星星系。

之前的研究已经证实了在GSE之前发生过另一次重大合并事件，该事件与被称为KrakenHeracles的恒星群以及一组低能量球状星团有关。

这项新研究大大加深了我们对这一事件的认识。

球状星团让图景更清晰

马萨里及其同事利用了球状星团：这是由数十万颗大致同时形成的恒星组成的密集星团。

这使它们成为异常精确的宇宙时钟。测定单个古老恒星的年龄很困难，但球状星团让天文学家能够比较许多年龄相同的恒星。利用哈勃太空望远镜的精细观测数据和复杂的建模技术，研究人员确定了银河系中球状星团非常精确的相对年龄。

然后他们将这些年龄与每个星团的金属丰度进行了比较——金属丰度指的是比氢和氦这两种最轻元素更重的元素的丰度。

星系会随着时间的推移在化学上自我富集。随着一代又一代恒星的形成和死亡，它们产生的新元素会被融入后续的恒星代中。通过比较这些球状星团的年龄和金属丰度，研究人员能够了解它们的形成历史。

惊人的结果是，银河系的球状星团追踪到了三条不同的年龄—金属丰度序列。

其中一个与早期银河系本身相关。另一个属于盖亚香肠恩克拉多斯。它们之间存在一个与更早合并事件相关的第三序列。

作者估计该事件发生在GSE形成前约18亿年，涉及一个包含约5亿个太阳质量恒星的星系——其恒星质量与GSE相似。

它的大部分物质沉积在银河系的最内部区域。由于连接了多个先前命名的结构，作者们将其前身称为低能克拉肯赫拉克勒斯（Lowenergy–Kraken–Heracles），简称LKH。

从知道事情发生到重建事情的经过

这就是让结果特别有趣的原因。

这一进展并非银河系家族树上的又一个分支。早期研究已揭示了这一早期吸积事件。新的精确性使我们能够对该分支给出更准确的时间和描述。

三条年龄金属丰度序列开始区分早期银河系、LKH和GSE的化学历史。因此，我们不仅可以询问这些星系何时发生碰撞，还可以询问它们当时是什么样的，以及它们在此之前是如何演化的？

这在这些极早期阶段尤其有价值。银河系最初的几十亿年发生了大量重大事件，其演化的主要阶段接连快速出现。

仍然存在局限性。球状星团提供的记录并不完整：一些早期星系可能形成的星团很少，而另一些可能已经失去了它们。重建合并特性也不可避免地依赖于模型。但这种方法提供了一些独特的东西。

像詹姆斯韦布空间望远镜这样的望远镜现在能够观测到遥远星系120多亿年前的样子。这些观测让我们直接看到了与年轻银河系形成时期相同年代的星系——但通常无法分辨它们的单个恒星。

银河系提供了互补的视角。在这里，我们可以极其详细地研究同一时期幸存下来的恒星和星团。遥远天文学为我们提供了年轻星系的快照。银河考古学为我们提供了它们的化石。

他们正共同将银河系曾经模糊的童年，转化为关于年轻宇宙中星系如何形成的越来越详细的历史。