銀河系恒星形成的邊界或比想象中更靠近

天文學(xué)家最新研究表明，銀河系中負(fù)責(zé)誕生新恒星的盤面區(qū)域，其外緣可能比此前模型預(yù)測的要更靠近銀心。 通過精確測定超過10萬顆巨星的年齡，國際研究團(tuán)隊(duì)首次清晰界定了銀河系恒星形成盤的“邊界”，發(fā)現(xiàn)最近發(fā)生恒星形成活動(dòng)的區(qū)域并沒有延伸到人們預(yù)期的那么遠(yuǎn)。

現(xiàn)有星系演化模型通常認(rèn)為，新恒星會(huì)在星系盤面上自內(nèi)向外“接力”誕生，因此隨著離銀心距離增加，恒星平均年齡應(yīng)該逐漸變小。 然而，該團(tuán)隊(duì)在觀測數(shù)據(jù)中看到了兩種截然不同的年齡變化趨勢：在銀河系內(nèi)盤區(qū)域，恒星越往外越年輕；而當(dāng)距離銀心約4萬光年左右時(shí)，這一趨勢突然反轉(zhuǎn)，外側(cè)恒星反而更老。 由此形成了一條呈“U”形的年齡曲線，最年輕恒星集中在特定半徑附近，這一結(jié)構(gòu)被視為銀河系恒星形成盤外沿的明顯標(biāo)記。

論文第一作者、因蘇布里亞大學(xué)天體物理學(xué)家 Karl Fiteni 表示，銀河系恒星形成盤究竟延伸到多遠(yuǎn)，一直是“銀河考古學(xué)”中的開放問題，如今通過繪制恒星年齡隨半徑變化的精細(xì)分布，研究人員終于給出了一個(gè)定量、清晰的答案。 研究利用了兩大恒星巡天數(shù)據(jù)：LAMOST-DR3 與 APOGEE-DR17，并結(jié)合 AstroNN 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)距離估計(jì)和 Gaia 高精度天體測量數(shù)據(jù)，樣本選取主要限制在靠近銀盤中面、軌道高度圓形的恒星，以盡可能凸顯盤本身的內(nèi)在屬性。

研究人員將巨星的年齡與數(shù)值模擬結(jié)果結(jié)合，繪制出銀河系中恒星年齡隨半徑變化的“指紋圖”，清楚顯示在約3.5萬至4萬光年處存在一條顯著的結(jié)構(gòu)邊界。 這一特征在不同巡天數(shù)據(jù)中都十分穩(wěn)定，與所采用的數(shù)據(jù)集無關(guān)，對(duì)應(yīng)的半徑也與星系盤中恒星密度剖面出現(xiàn)明顯“折斷”的所謂“折斷半徑”高度一致，被視為恒星形成盤的物理邊緣。

合著者、馬耳他大學(xué)天體物理學(xué)家 Joseph Caruana 指出，如今可獲得的高精度恒星年齡數(shù)據(jù)，正在成為解讀銀河系歷史的有力工具，推動(dòng)我們進(jìn)入一個(gè)利用恒星年齡重建本星系演化史的“新紀(jì)元”。 在這條盤緣之外，恒星形成活動(dòng)顯著衰減，盤面質(zhì)量密度持續(xù)降低，但觀測仍然發(fā)現(xiàn)了大量恒星存在，這就引出一個(gè)關(guān)鍵問題：如果外盤幾乎不再形成新星，那這些恒星是如何出現(xiàn)在那里？

研究給出的答案是“徑向遷移”。 恒星可以在星系盤中緩慢向外“漂移”，這一過程被形象地比喻為在銀盤螺旋波中的“沖浪”：恒星像沖浪者借助海浪靠岸一樣，抓住穿越星系的螺旋臂，引導(dǎo)自己逐漸離開誕生地，向更外側(cè)運(yùn)行。 由于這種遷移是緩慢且?guī)в须S機(jī)性的，距離越遠(yuǎn)，恒星完成遷移所需時(shí)間越長，因而在遠(yuǎn)離年齡“谷底”區(qū)域的最外側(cè)，反而聚集著平均年齡最高的恒星。

觀測與模擬顯示，這一“折斷半徑”并非由太陽位置假設(shè)差異或其它巡天樣本量不足等統(tǒng)計(jì)偏差造成，而是銀河系盤結(jié)構(gòu)的真實(shí)物理邊界。 這一結(jié)果支持了銀河系屬于典型 II 型（下彎型）盤星系的觀點(diǎn)，即在折斷半徑之外，恒星數(shù)目相較簡單指數(shù)盤模型更為豐富，這種結(jié)構(gòu)被認(rèn)為源于恒星形成截?cái)嗯c徑向遷移之間的競爭，并在恒星年齡分布上留下了“U”形的演化化石記錄。

相關(guān)研究不僅進(jìn)一步細(xì)化了我們對(duì)銀河系形成和演化過程的認(rèn)識(shí)，也為理解其它盤狀星系提供了一條重要參照規(guī)則。 傳統(tǒng)觀點(diǎn)中較為“寂靜”的銀河系外盤，如今被重新描繪為一個(gè)在徑向遷移、軌道共振以及逐漸衰減的恒星形成共同作用下演化的動(dòng)態(tài)區(qū)域，其復(fù)雜引力互動(dòng)不斷重塑著這片曾被認(rèn)為“邊緣而平淡”的星系空間。