探测恒星的年龄,研究团队选择了一种叫做红巨星的恒星。
这类恒星走到了生命的中后期,核心氢燃烧殆尽后进入壳层燃烧阶段,亮度极高,且其碳氮元素丰度与自身质量、年龄强相关,年龄测算的精度远高于其他类型恒星。
这次研究团队从LAMOST和APOGEE两大地面光谱巡天项目中,筛选出了十万余颗符合要求的红巨星,再结合盖亚卫星传回的、达到微角秒级精度的恒星位置、距离与运动数据,给这场勘测上了双保险。
更关键的是,团队只挑选了那些紧贴银河系银道面(垂直银道面距离小于980光年)、轨道近乎完美圆形的恒星,这就像做城市人口普查时,只统计长期定居的本地居民,彻底排除了从银河系晕区闯进来的外来流动恒星,这样的筛选确保了测到的年龄趋势,完完全全来自银河系盘本身的演化规律。
而当把十万余颗恒星的年龄,按它们到银河系中心的距离一一排列后,一个意想不到的图案出现在了团队眼前:一条完美的U型曲线。
按照银河系由内而外生长的经典理论,恒星形成从致密的银心开始,再一点点向外扩散,就像往水面滴一滴墨水那样,晕开的范围越往外,形成的时间越晚。
一开始的数据也完全符合这个预期:从银心向外,恒星的平均年龄稳步下降,越往外的区域恒星越年轻。
可当距离来到银心外约3.7万到4.0万光年的位置时,趋势发生了彻底反转,再往外围走,恒星的平均年龄不降反升,越远的地方恒星越古老。
而这个U型曲线的谷底,也就是恒星平均年龄最年轻的那个点,这正是银河系恒星形成盘的真正边缘。
那为什么会出现这样神奇的U型图案呢?
团队用超级计算机的星系演化模拟,找到了背后的答案。
这个U型的谷底,正好对应着银河系恒星形成的截止线:在这条线以内,有充足的冷气体和尘埃,它能持续不断地孕育新的恒星,所以越靠近边界的地方,新生恒星越多,平均年龄就越年轻,这就像造星的主城区;可一旦越过这条线,气体密度急剧下降,再也满足不了恒星稳定形成的条件,靠近银心的造星工厂在这里出现了断崖式的产能下滑。
那外围的恒星又是从哪来的?
答案藏在银河系持续了百亿年的恒星迁移运动里。
这个过程极其缓慢,一颗恒星要漂到越远的地方,花的时间就越长,自然也就越古老。
模拟结果也完美印证了这一点:无论星系有没有经历过小型星系合并,只要恒星形成在某个半径处急剧下降,再加上恒星的向外径向迁移,这就一定会出现这样的U型年龄曲线。
这次的发现,不仅给银河系的恒星形成盘划下了精准的边界,也刷新了我们对银河系演化的认知。
我们所在的太阳系,距离银心约2.6万光年,正好处在这片造星主城区的范围内,而我们找到的恒星形成盘边界,就在太阳系外约1万光年的位置。
不过,还有一个核心问题没有答案:为什么银河系的造星活动,偏偏会在这个位置骤降?
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