一个长期存在的银河系谜团可能有了答案
银河系在遥远过去可能经历过一次剧烈的重新定向，在一次重大碰撞后，其盘面翻转了超过90度。这是达勒姆大学天文学家提出的新研究的核心观点，他们利用超级计算机模拟来研究为何包围我们银河系的恒星晕自转如此缓慢。
这一想法很引人注目，因为人们通常会把银河系想象成一个稳定的旋涡系统，其整体结构在宇宙时间尺度上几乎没有变化。新研究则认为，银河系的历史可能远比这动态得多。如果这些发现成立，它们将把现代观测中一个令人困惑的特征，与银河系早期形成过程中一次暴烈事件联系起来。当时，银河系与更小的星系并合，逐步形成了今天我们看到的系统。
这项研究在伯明翰举行的皇家天文学会全国天文学会议上展示。研究团队没有只依赖我们银河系单一的重建历史，而是考察了一组更大的银河系类模拟系统，以寻找能够解释银河系恒星晕行为的模式。
线索藏在旋涡盘之外
银河系中大多数恒星集中在我们熟悉的扁平旋涡盘中，太阳也位于其中。但银河系周围还有一个更大、也更稀薄得多的恒星晕。这个恒星晕中主要分布着并非最初形成于银河系主体内部的恒星。相反，其中许多恒星诞生于较小的星系，后来通过并合被拉入这个系统。
这使得恒星晕成为一种星系组装的化石记录。不同于明亮的盘面，后者主要受当下引力结构所塑造的持续结构与运动支配，恒星晕则保存着更早期扰动的证据。来自欧洲航天局Gaia任务的最新观测显示，银河系的恒星晕自转非常缓慢。天文学家早已知道这一点，但原因一直不明。
达勒姆团队试图验证，这种缓慢自转是否是某类过去事件的标志。他们分析了Auriga宇宙学模拟套件中的25个银河系类星系历史，追踪这些系统在数十亿年中的演化过程。
模拟中出现了一个模式
研究人员称，恒星晕自转最慢的星系往往共有两个特征。第一，它们都经历过一次与另一星系的重大正面并合。第二，它们都经历了研究人员所说的盘面翻转，即星系盘面的朝向在演化过程中发生了超过90度的变化。
这种组合很重要。一次重大并合可以重新分配恒星、改变角动量并扰乱既有结构。但这项研究表明，最有启发性的系统是那些碰撞不仅规模巨大，而且还足以改变盘面朝向的系统。在这种情况下，早期交互和吸积事件中被卷入恒星晕的恒星，会带着与最终盘面不再清晰对齐的运动状态。结果可能就是一个整体自转更弱的恒星晕。
因此，这项研究为银河系如今的恒星晕提供了一种可能解释：银河系可能在早期形成时经历了一次直接且影响深远的遭遇，随后在保留被扰动所刻下的恒星晕的同时，稳定到新的朝向。
将理论与Gaia-Enceladus联系起来
原始材料把这一想法置于Gaia-Enceladus并合的大背景中。普遍认为，这一重大事件大约发生在100亿年前的银河系早期形成阶段。那次并合已成为银河系成长故事中最著名的篇章之一，因为Gaia数据揭示了一大群恒星，其运动指向一座被古老吸收的星系。
新的解释并不只是重复“银河系与另一个星系并合”这一事实，而是提出，这样一次并合可能不仅仅增加了恒星晕中的恒星并加厚了星系结构，还改变了整个盘面的朝向。这是一个更加戏剧性的说法，也会重塑公众对银河系演化的想象。
如果正确，这项研究将表明星系能够在数十亿年里保留一次极端内部重组的证据，不是在单一、明显的可见伤痕中，而是在明亮中央盘面之外遥远恒星的微妙集体运动中。
为何这不仅关乎我们的银河系
这项研究不只是关于银河系本身。它也指向一种解读星系历史的更广泛方法。如果自转缓慢的恒星晕确实能够可靠地指示过去的正面并合和盘面翻转，天文学家就可以将恒星晕运动作为研究其他旋涡星系的诊断工具。恒星晕不再只是稀薄的外缘，而可能成为重建星系如何组装、以及在这一过程中被多大程度重塑的最有信息量的组成部分之一。
这尤其有价值，因为古老并合的直接证据会随着宇宙时间推移而逐渐消失或变得难以解释。一个盘面在今天看起来井然有序，但仍可能在其外层恒星群中保留着暴烈历史。新研究认为，这些恒星群保留着可测量的动荡痕迹。
这还有一个概念上的收获。大众对星系的描述往往强调优雅而长久的结构：精致的旋臂、稳定的旋转、可预测的轨道模式。但事实上，星系形成是一个不断积累、不断扰动、并反复进行引力协商的过程。从我们身处其中的视角看，银河系似乎平静，但它当前的形态可能是一次深刻宇宙重组的结果。
一个早期结果，却带有挑衅性的含义
由于原始材料中的发现仍处于会议展示阶段，因此应将其视为正在发展的科学结果，而不是最终定论。即便如此，这一解释仍然值得注意，因为它把一个已观测到的当下谜团，直接联系到了高分辨率模拟中可检验的演化路径。
这使得这项研究不只是推测性的叙事。它是一个基于对多座在大体上与银河系相似的模拟星系比较而形成的假说。未来的工作将确定这一模式在多大程度上成立，以及它与Gaia和其他巡天所提供的完整观测约束匹配得如何。
就目前而言，这项研究提供了一个鲜明的新可能：银河系并不只是通过吞噬更小的星系而成长。至少有一次，它可能被猛烈撞击，以至于盘面的朝向发生翻转，留下一个恒星晕，而它缓慢的自转今天仍在记录那次冲击的后果。
本文基于Phys.org的报道。阅读原文。
Originally published on phys.org