中國天文學家揭露在遙遠過去發生的天爐座星系團合併事件

中國科學院上海天文台研究人員等利用新的「星族-軌道疊加模型」，以及高分辨率平面積分視場光譜數據，發現離地球六千萬光年遠的系NGC 1380在約一百億年前發生一次天爐座星系團合併，同時揭露這次合併吸積的衛星星系質量約為四百億太陽質量。 這是天文學家至今在近鄰最年老和質量最大的星系合併事件。

天文學家普遍認為星系是通過合併形成，小星系之間的合併形成大星系。但由於大部分的星系合併過程都發生在遙遠的過去，這對於天文學家來說，如何從今天人們所能觀測到的星系結構中探測出合併事件的關鍵特徵（如合併發生的時間和吸積的衛星星系質量）是具有挑戰性的研究課題。

古老的合併主要留下兩條線索：一方面星系中恆星的金屬的含量攜帶著恆星年齡及它出生環境的資料，如果恆星出生在質量比較小的星系，後來合併進入新的星系，那麼這些恆星的金屬含量比較低；另一方面星系中的恆星都遵循一定的運動軌跡，而合併會導致一部分恆星處於特殊的運動軌蹟之上，形成徑向運動主導的內暈結構。此前，天文學家能夠通過望遠境直接分辨銀河系中單顆恆星的性質，找出這種低金屬含量且有特殊運動軌跡的恆星，從而定量地刻畫出星系之間曾經經歷的合併，由此發現銀河系在大概一百億年前經歷過一次合併，併入的衛星星系質量約為四億個太陽質量，但對於絕大部分的近鄰星系，天文學家尚不能直接觀測到其中單顆恆星的性質。

研究人員與國際團隊合作，得到距地球六千萬億光年遠的天爐座星系團中早型星系NGC 1380的高分辨率積分視場光譜數據。 通過分析此數據，合作團隊得到該星系在視線方向累積的運動數據和化學含量在天空平面的分佈。為了重新建構星系中恆星的立體運行軌跡和相應的化學含量，研究團隊開發了一種全新的立體星族-軌道疊加模型，並將這種模型應用於對早期星系NGC 1380的研究。利用這個模型，研究人員成功地擬合出該星系所有的平面觀測數據。

通過進一步分析這個立體星族-軌道模型內在的恆星軌道結構組成，研究人員發現NGC 1380擁有一個主要由處於徑向運動軌蹟的恆星組成的內暈結構，且這個內暈結構年老、金屬含量低。研究人員認為，這個內暈結構是古老天爐座星系團留下的遺跡，可用來定量的表徵吸積的衛星星系的質量。 NGC 1380內暈結構的質量顯示它曾經合併了一個質量超過四百億太陽質量的衛星星系，佔它今天總質量的五分之一。 NGC 1380在合併之後仍有大量氣體殘留在星盤上繼續形成恆星，而合併之前形成的恆星盤至少有部分會受到摧毀。根據星盤上和其它結構中恆星年齡分佈的對比，研究人員推測NGC 1380的宿主星系合併發生在約一百億年前。

【圖：互聯網；文：節錄自科學網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2022年8月出版的《天文學及天體物理學報》第664卷；標題是：The Fornax3D project: Discovery of ancient massive merger events in the Fornax cluster galaxies NGC 1380 and NGC 1427