银河系的最新发现（01）- 起源 18

本系列文章预计会有30个章节，这套文献将系统讲物理学系统本身，这里是第九季第18篇

--预计阅读8min--

Hello，大家好，这里是Masir的物理学第九季专栏，本篇开始我们走向宇宙，聊一些新的东西。

宇宙啊🌌，真是一个让人神往的地方，认识宇宙一定会让你觉得谦卑...，在宇宙层面你可能会觉得一切都不是事儿。

我们知道，地球之外是太阳系，太阳系之外是银河系。

虽然这是常识，但是这个知识直到100年前，天文学家才确定太阳系之上还有一个更大的结构是银河系，60年前才确定银河系是旋涡状的，而且直到现在我们也不清楚银河系到底应该是什么样子的。

而我们现在看到的所有银河系的图片，都还只是天文学家的猜测而已。

一般情况，某个天体或是天文学系统，距离我们越近，我们就能研究得越清楚。但是银河系例外，因为我们就在银河系里面，正所谓，“不识庐山真面目，只缘身在此山中”。

我们先来看看，我们在地球上看到的银河系是什么样子的。我在文稿里面提供了一张站在地球上看银河的照片。

（地球上看到的银河）

银河就是银河系里主要恒星聚集的地方。

银河之所以叫银河，就是在夜空中有那么一条带状区域非常亮，聚集了很多星星，就像是夜空中的河流一样。

银河是我们国家的说法了，在西方国家，银河叫做Milky Way，就是一条道路上洒满了牛奶的意思。

当然，关于银河系基本的认知我在物理学专栏第五季已经有讲过，感兴趣的朋友可以链接查阅。

今天，我们要来升级一下认知，给你看个关于银河系的新东西。

Over the past two years, astronomers have rewritten the story of our galaxy.

在过去的两年里，天文学家重写了我们银河系的故事。——2020

这是一个来自2020年的新发现 —— 天文学家认为，在银河系形成的早期，至少发生过一次这样的大碰撞。如图👇（动图太大，只能放截图）

01 人类早期对银河系的认知

在20世纪，天文学家发现我们的银河只是一个巨大的恒星岛的一部分，他们写下了自己的银河起源故事。

最简单的说法是，它认为我们的银河系在大约140亿年前在巨大的气体和尘埃云在引力作用下聚集在一起。随着时间的推移，出现了两种结构: 首先是一个巨大的球形“晕”，然后是一个密集的、明亮的圆盘，具体请见下图所示。

图片来自 Merrill Sherman/Quanta Magazine / Masir修改

数十亿年后，我们自己的太阳系在这个圆盘内旋转形成，所以当我们在夜晚向外看时，我们看到了溅出的牛奶ーー这是圆盘飞溅在天空中的侧面视图。

但是，随着时间的推移以及观测数据的积累，研究人员几乎重写了银河系历史。

发生什么事了呢？

答案是：他们有更好的数据和设备，所以基于更多新的数据就有了新的发现。

02 银河系的第一波情报

2018年4月25日，一艘名为“盖亚”的欧洲航天器发布了大量有关天空的信息。至关重要的是，盖亚长达数年的数据集描述了大约10亿颗恒星的详细运动。

自2013年12月发射以来，盖亚卫星彻底改变了我们对银河系的认识

先前的调查只绘制了数千人的迁移地图。这些数据使这个星系之前静止的狭长地带恢复了生机。

天文学家们竞相下载动态星图，接下来就是一连串的发现。

例如，他们发现银河系圆盘的某些部分看起来非常古老。他们还发现了史诗般的碰撞的证据，这些碰撞塑造了银河系狂暴的年轻一代，同时也发现了银河系继续以一种意想不到的方式搅动的新迹象。

综合起来，这些结果已经编造了一个关于我们银河系动荡的过去和它不断演化的未来的新故事。

故事貌似没有那么简单！

03 最早的恒星

图片来自维基百科

为了追溯到银河系的早期，天文学家们寻找那个时代周围的恒星。

这些恒星只是由氢和氦构成，而氦是宇宙中最原始的物质。幸运的是，这些早期的小恒星燃烧的速度也很慢，所以许多恒星依然闪闪发光。

经过几十年的调查，研究人员已经收集了42个这样的古代恒星，被称为超贫金属恒星(对于天文学家来说，任何比氦更大的原子都可以称为金属)。

根据银河系的标准说法，这些恒星应该群集在银河系形成的第一部分——光晕中。

相比之下，盘中的恒星应该受到碳和氧等重元素的污染。人们曾认为，盘中的恒星可能需要额外的10亿年才能将自己旋转平坦。

Samuel Velasco/Quanta Magazine

2017年底，法国斯特拉斯堡天文台的天文学家费德里科•塞斯蒂托(Federico setito)开始通过编写代码来分析即将到来的盖亚结果，来研究这个缺乏金属的群体是如何移动的。

他想，也许它们的球形路径可以提供一些关于光晕如何形成的线索。

在盖亚公布数据后的几天里，他从完整的数据集中提取了42颗古老的恒星，然后跟踪它们的运动。

他发现，正如预测的那样，大部分都是通过光环流动的。但有一些(大约四分之一)不是。相反，它们出现在银河系最年轻的区域——圆盘里。

后续研究证实，这些恒星确实是盘中的长期居民，而不仅仅是路过的游客。

根据最近的两次调查，塞斯蒂托和他的同事收集了大约5000颗贫金属恒星。其中有几百个似乎是圆盘的永久居民。

另一个研究小组筛选了另一项调查确定的大约500颗恒星，发现其中大约十分之一的恒星平放在类似太阳的圆形轨道上。

第三个研究小组发现不同金属含量的恒星(也就是不同年龄的恒星)以平盘轨道运行。

为什么大家看到的都不一样呢，这些时代错误是怎么来的？

Sestito 推测，也许是一些原始气体成功地躲避了超新星喷发出来的所有金属，然后坍缩形成了看似古老的恒星。

或者圆盘可能在光环形成的时候就已经开始形成了，比计划提前了近10亿年。

为了弄清楚哪种可能性更大，他联系了德国专门从事数字星系模拟研究的波茨坦莱布尼茨托拜厄斯 · 巴克(Tobias Buck) 。正如预期的那样，过去的努力通常首先产生光晕，其次是圆盘。但这些都是相对低分辨率的努力。

后来，巴克将他的模拟的清晰度提高了大约10倍。在这种分辨率下，每次运行都需要大量的计算资源。尽管他可以进入德国莱布尼茨超级计算中心，但一次模拟需要三个月的计算时间。他把这个练习重复了六次。

这六次中，有五个产生了银河系的二重身，其中的两个特点是大量的金属贫乏的盘星。

那些古老的恒星是如何进入圆盘的？

简而言之，它们中的一些就诞生于银河系之前的云层中。然后这些云恰好将它们的一些恒星放入轨道，最终形成银河盘的一部分。其他恒星来自小型“矮星系”，它们猛烈撞击银河系，并与一个正在形成的圆盘排成一条直线。

该研究小组在11月发表的结果表明，经典的星系形成模型是不完整的。正如预期的那样，气体云确实会塌缩成球形晕。但是恒星到达正确的角度也是可以在同一时间启动圆盘。

总结：

关于银河系的历史发展，我们只能做科学借鉴，大家了解即可，我想这些知识虽然目前并不是真理，但是我们也有必要学习了解下以前从未学过的物理知识，共勉~

好，本篇就先到这里啦，非常欢迎大家将文章推荐给喜欢的朋友，一起阅读。创作不易，您的支持是我写作最大的激励。

未完待续....

Masir - 2023/10/10

于东莞

祝幸福~

本季连载