中國天文學家通過電腦重構鯨魚座星流形成歷史


天文學家在銀河系的附近發現了很多由恆星組成的河流狀結構,這些結構被稱為星流。那麼星流是如何形成的?

中國科學院國家天文台趙剛研究員和常江博士領導的研究團隊通過一系列的高精度動力學數值模擬,在電腦中重構之前利用郭守敬望遠鏡和史隆數碼巡天(Sloan Digital Sky Survey)數據發現的鯨魚座星流的形成過程。並為鯨魚座星流在被銀河系吞食前的樣子提供了一個簡單的畫像。

星流是銀河系吞食衛星星系未完全消化的殘渣,但並不是銀河系一口就能吞下矮星系,而是通過潮汐作用將矮星系從外向內一層一層剝開,就像剝洋蔥一樣。這些被剝離的恆星在原來的軌道上拉伸開來,就形成了河流狀的結構,也就是星流。

銀河系通過不斷的吞食小質量的衛星星系來增長,科學家稱這種過程為星系併合。通過對銀河系併合歷史的研究,就可以知道銀河系是如何形成和演化。

趙剛表示,研究顯示銀河系在五十億年的時間裡慢慢剝開併吞食掉一個約兩千萬太陽質量的矮星系。這種吞食過程對銀河系的增長非常重要,我們可以通過研究星流來確定銀河系歷史上是如何吃掉一個個衛星星系,並長成現在這個大質量星系的。

衛星星系通常不會被潮汐快速剝離,全部形成星流,而是通常會有一個比較緻密的恆星組成的核結構剩餘。之前的一些研究工作提出了球狀星團NGC5824是和鯨魚座星流成協的核結構假設。今次通過詳盡的數值模擬,排除這個假設。

常江指出,球狀星團NGC 5824並不是鯨魚座星流對應的恆星核結構,動力學結構對不上,但我們發現兩者之間存在很強的相關性,NGC5824應該是鯨魚座星流前身星系中的球狀星團。

星流的分佈通常是全天的,郭守敬望遠鏡能觀測鯨魚座星流的北天,研究者通過開展國際合作,對比數值模擬結果和暗能量巡天找到的星流,成功找到鯨魚座星流在南天的候選對應稱為帕爾卡 (Palca)星流的天體,為將來下一步研究工作指明方向。

趙剛說:「這個工作可以幫助人們更好地了解銀河系的形成過程。銀河系中有大量的類似鯨魚座星流這樣的併合遺跡,這是研究銀河系結構和形成過程的寶庫,同時也能幫助我們更好的理解宇宙中的星系是如何形成和演化。」

【圖、文:節錄自中國科學院國家天文台2021年3月8日新聞公佈;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在2020年12月17日出版的《天體物理學報》

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