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作者：EVAN GOUGH
翻译：胡敏
校对：张国双、涂天宇
排版：简稚珉
后台：李子琦
https://www.universetoday.com/167308/the-milky-ways-last-merger-event-was-more-recent-than-thought/#more-167308
图注：欧洲航天局盖亚卫星拍摄的银河系。
图源：ESA/Gaia/DPAC
银河系之所以这么大，与其他星系碰撞并合是分不开的，这个过程比较复杂，在宇宙中其他星系也会上演。目前，我们观测到银河系正在吸食它的两个伴星系——大、小麦哲伦云。它们的命运似乎已定——最终会被银河系所吞并。
研究者之前认为银河系最近的大并合发生在遥远的过去：80亿到110亿年前。但是新研究却发现新的大并合发生得晚很多：最多30亿年前！
这个新发现主要来源于欧洲航天局的盖亚发射任务。自2013年发射升空后，盖亚一直在兢兢业业捕捉10亿颗宇宙天体，以恒星为主。盖亚反复测量天体，以得到天体位置和运动的准确信息。
这些发现发表在《皇家天文学会月报》的一篇题为《上次大并合事件的碎片依旧活性十足》的论文上。第一作者是美国阿拉巴马大学的物理天文学博士后Thomas Donlon，他本人研究银河系的并合事件已多年，还发表过与此话题相关的其他文章。
每次其他星系和银河系碰撞、并合，总会有“褶皱”（Wrinkles）产生。“褶皱”并不是一个专用的科学术语，而是一个概括性词汇，用以描绘各种形态，比如相空间折叠、焦散线、V形、壳状等。这些褶皱在银河系会经过不同的恒星群，进而对它们的空间运行方式产生影响。盖亚通过高精度测量这些恒星的位置与速度，可以探测到上一次银河系大并合的褶皱。
Donlon在论文发表会上表示：“人类年纪越大，皱纹越多越深，我们的研究结果却表明银河系和此相反——随着时间的流逝，褶皱会越少越浅，这简直就是越活越年轻。观察这些褶皱如何随时间变化而消散，我们就可以追溯出银河系最近经历大碰撞的时间。最后的研究结果是：最近的银河系大碰撞竟比我们想的晚了几十亿年！”
调查银河系上一次大并合需要不同的证据，其中一项证据是存在铁/氢比率（Fe/H）富集区，在那里恒星会沿高度离心的轨道运行。恒星的铁/氢比率是一种化学指纹，当天文学家发现一群具有相同指纹和相同轨道的恒星时，就可以证明它们有共同的起源。这群恒星有时被称为“溅撞”（Splash），溅撞中的恒星可能起源于一个铁/氢比率高的前身天体。这些恒星有与众不同的轨道，与周围环境形成鲜明对比。天文学家认为它们是在并合过程中由于加热和轨道改变的副产品。
对于所有并合的证据，有两种解释。一种说法是，一个名为盖亚-索萨奇/恩克拉多斯（Gaia Sausage/Enceladus，GSE）的原矮星系在80亿年至110亿年前与银河系原盘发生了碰撞。另一种说法是，银河系内晕中的恒星是由一个叫做室女座径向合并（Virgo Radial Merger，VRM）的事件造成的。那次碰撞发生的时间更近，距今不到 30 亿年。
图注：哈勃太空望远镜拍摄的球状星团NGC 2808的图像。这可能是盖亚-索萨奇的古老核心。
图源：NASA、ESA、A. Sarajedini（佛罗里达大学）和G. Piotto（帕多瓦大学）- http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2007/2007/18/image/a/（直接链接），公共链接，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2371715
“这两种情景对局部相空间（一个系统所有可能状态的空间）中可观测结构的预测是不同的，因为碎片的形态取决于其相点融合的时间长短，”作者在论文中如此解释道。
2018年，盖亚卫星数据中心就发现了银河系褶皱，后来又在这篇文章中提及。“从不同的形态学视角出发，我们观察到了褶皱形状，例如有类似蜗牛壳的螺旋。这些次级结构的首次发现，与欧洲航天局（ESA）盖亚卫星提供的前所未有的数据精度分不开，”该项研究的第一作者Teresa Antoja在2018年曾这样表示。
图注：银河系上次大并合事件“褶皱”的AI生成图像。
图源：巴塞罗那大学
但自2018年以来，盖亚发布了更多的数据，支持了更近期的并合情景，即室女座径向合并。这些数据显示，褶皱比早期数据和基于早期数据的研究显示的要普遍得多。
“如果褶皱像盖亚数据中心数据中那些清晰，那也就是说，最多30亿年前，就和银河系合并了——这比之前认为的晚了50亿年，”共同作者伦斯勒理工学院Heidi Jo Newberg这样说。如果褶皱更老，符合GSE合并情景，它们就会难以辨认。
“每当恒星通过银河系中心来回摆动时，就会形成新的恒星褶皱。如果它们在80亿年前加入银河系，那么会有很多褶皱紧挨在一起，我们将不再将它们视为单独的特征，”Newberg说。
这并不意味着没有更古老的GSE合并的证据。一些暗示古老合并的恒星可能来自更近期的VRM合并，一些可能仍然与GSE合并有关。这很难弄清楚，就得看模拟了。研究人员在以前的工作中以及在这项工作中进行了多次模拟，以查看它们如何与证据匹配。“我们的目标是确定自局部相空间褶皱的前身天体与银河系盘碰撞以来经过的时间，”作者在他们的论文中写道。
“我们可以通过这些并合模拟看到褶皱的形状和数量如何随时间发生变化。这能帮我们精确模拟与我们今天银河系盖亚数据中心真实看到数据最匹配的确切时间——这也是我们在这项新研究中使用的方法，”Thomas说。
“通过这样做，我们发现褶皱很可能是由一个矮星系在大约27亿年前与银河系碰撞造成的。我们将这个事件命名为室女座径向合并。”这些结果和名称来自2019年的先前研究。
随着盖亚每次发布更多数据，天文学家对并合证据有了更好的了解。银河系显然有一个复杂的历史。
VRM可能涉及了不止一个矮星系。它可能在大约同一时间将一群矮星系和星团带入了银河系。随着天文学家更详细地研究银河系的并合历史，他们希望确定这些天体中哪些来自更近期的VRM，哪些来自古老的GSE。
“银河系的历史目前正在不断被重写，这在很大程度上要归功于来自盖亚的新数据，”Thomas补充说。“我们对银河系过去的认识，即使从十年前开始，也已经发生了非常显著的变化，我认为我们对这些并合的理解将继续迅速变化。”
“这一发现提高了我们对许多塑造银河系的复杂事件的了解，还帮助我们更好地理解了星系是如何形成的，特别是我们的家园银河系，”欧洲航天局盖亚项目科学家Timo Prusti说。
责任编辑：杨欣冉
牧夫新媒体编辑部
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图注：这张来自哈勃太空望远镜的照片展示了球状星团NGC 2005的外貌。它本身并不是一个不寻常的球状星团，但与周围环境相比，它是一个独特的星团。NGC 2005距离大麦哲伦云（LMC）的中心约750光年，大麦哲伦云是银河系最大的卫星星系，距离地球约162000光年。
图源：ESA/Hubble & NASA, F. Niederhofer, L. Girardi
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