使用盖亚探测器发现银河系的神秘“古老心脏”

原星系是古代恒星的集合,银河系的其余部分都是从这些恒星中生长出来的。

银河系的中心区域,在加拿大碲化物上方,可以找到人马座和古代恒星群。 (图片来源:John Sirlin/Alamy Stock Photo)
银河系的中心区域,在加拿大碲化物上方,可以找到人马座和古代恒星群。 (图片来源:John Sirlin/Alamy Stock Photo)

研究银河系起源的天体物理学家可能已经发现了我们银河系的“老心脏”——所有恒星和行星都围绕着它生长的原始、古老的核心。

我们银河系中最古老的 18,000 颗恒星位于人马座,它们来自银河系的原星系——由气体和尘埃组成的原始质量,形成了一个年轻星系的第一批恒星——已有超过 125 亿年的历史。 研究人员发现,该星系团估计占我们银河系总质量的 0.2%,是整个银河系最终围绕其生长的核心。 该研究结果于 9 月 8 日在预印本服务器arXiv 上发表,尚未经过同行评审。

为了发现原始恒星群,天文学家利用了来自欧洲航天局 (ESA) 盖亚天文台的数据——这艘 3594 磅(1,630 公斤)的航天器于 2013 年发射,目标是绘制最详细、最准确的银河地图 方法。

“长期以来,人们一直认为(基于理论和模拟)最古老的恒星位于星系的最中心。我们现在已经证明它们大量存在,”研究的主要作者 Hans-Walter Rix,德国海德堡马克斯普朗克天文学研究所的一位天文学家说。 “这就像在一座古城做考古。我们已经证明,最古老、最原始的遗址位于‘现代’市中心。”

寻找我们银河系的古老心脏开始于寻找最拥挤的区域,它的中央凸起,寻找与大约 130 亿年前的银河系年龄相同的一小部分恒星。

为了像大海捞针一样从大海捞针,研究人员收集了从盖亚收集到的关于位于银河系中心 30 度范围内的 200 万颗恒星的数据,以寻找质量较低、寿命较长、金属含量低的恒星。与这个轮廓相匹配的恒星诞生在一个更年轻的宇宙中,该宇宙还没有被超新星爆炸所散布的重金属所充满。

但这只是故事的一半,因为银河系中金属贫乏的恒星也可能来自较小的矮星系,它们在整个生命周期中都与我们的星系相撞并合并。通过检查这些恒星穿过太空的路径,同时只保留那些没有转向银河系贫金属区域的恒星,研究人员能够将形成古老心脏的恒星与起源于矮星的恒星区分开来星系。

这给研究人员留下了一些原始的恒星骨架,银河系在这些恒星周围生长——他们估计这个种群的质量是我们太阳的 5000 万到 2 亿倍。研究人员称,由于较重的恒星比较小的恒星死亡得更快,其余恒星平均比太阳轻 1.5 倍左右。

“一旦诞生,这些恒星约占恒星总质量的一半,”里克斯说。 “所以,到目前为止,大约一半的恒星(来自原星系)幸存下来。”

研究人员对银河系现已暴露的古老心脏的检查揭示了两件事。 首先,与较年轻的恒星相比,旧原星系的恒星围绕银河系中心的旋转要少得多,这证实了过去的观察,即银河系的核心开始它的生命是静止的,最终随着银河系质心的增长而加快旋转速度。

其次,尽管与较小的星系发生了多次合并,但银河系中心紧密聚集的恒星表明其核心没有受到其他星系碰撞的侵袭。

“银河系从未发生过剧烈的震动,”里克斯说。 “我们的银河系过着隐蔽的生活。”

通过进一步的研究,研究人员希望这颗古老的心脏可以让他们更多地了解我们银河系的早期,例如在其诞生期间必须爆炸的超新星类型,以产生我们今天看到的早期化学元素的比例。

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