关于我们银河系的一个古老谜团或许有一个剧烈的答案
从远处看，银河系的结构很熟悉：一个布满恒星、气体和尘埃的明亮螺旋盘。但天文学家看得越近，银河系就越显露出分层而动荡的历史。一个长期存在的谜团是，为什么银河系有两个表现迥异的盘结构。薄盘包含了大多数较年轻的恒星，并以人们通常与螺旋星系联系在一起的那种有序方式旋转。厚盘则由较老的恒星组成，旋转速度要慢得多。新研究在伯明翰举行的英国皇家天文学会国家天文年会上提出，一次古老的宇宙翻转或许能解释这一点。
据所提供的报道，这项工作由达勒姆大学的 Kirill Batrakov 领导，使用了 Auriga 模拟。这是一组用于研究星系如何形成的宇宙学缩放模拟。模拟从大爆炸后不久开始追踪星系的增长，同时纳入引力、暗物质、黑洞和超新星等关键因素。通过比较不同的演化历程，研究人员得出结论：过去一次重大的并合可能在数十亿年前翻转了银河系盘面的朝向，留下了天文学家今天观测到的不匹配旋转模式。
这一结果引人注目之处在于，它把一个当下的结构异常与银河系的并合历史联系起来。并合历史是星系在宇宙时间中增长和变化的主要方式之一。天文学家早已知道，星系会频繁合并和相互作用。全宇宙的观测显示了许多不同阶段的实例，从近距离接触到被完全吞并。银河系本身就带有这段历史留下的痕迹。然而，即使调查越来越精细，把这些痕迹整理成一条连贯时间线仍然很困难。这类研究之所以重要，是因为我们的星系既复杂又异常可接近：我们生活在其中，这使得它更难从整体上观察，却更容易进行细致研究。
Gaia 揭示了银河系的双盘结构
这一谜题的现代版本，随着欧洲空间局 Gaia 任务的数据而变得更加清晰。Gaia 观测了银河系中数十亿颗恒星。它显示，厚盘的旋转速度比薄盘慢得多。这很令人惊讶，因为这两个组成部分都属于同一个星系，却保留了非常不同的轨道行为。原文将厚盘描述为包含较老、金属贫乏的恒星，这些恒星遵循更偏心、更混乱的轨道；而薄盘则包含较年轻的恒星，并构成了人们熟悉的螺旋结构。
这些差异长期以来都暗示了并合驱动的起源。厚盘中的恒星常被解释为与其他星系古老相互作用的证据，其中包括在别处形成、后来被银河系吸收的恒星。但要准确解释这些并合如何转化为如今的旋转模式，一直更为困难。一个旋转更慢的厚盘并不只是装饰性的细节。它是线索，说明银河系在数十亿年里如何沉降、受到扰动，并重新组织自身。
新的基于模拟的解释是，一次大并合带来的影响不只是增加了恒星。它可能重新定向了整个星系盘面。在这种情形下，入侵的星系或并合事件强大到足以改变银河系结构的对齐方式，实际上使盘面相对于更老的恒星群发生翻转。随后，较年轻的薄盘在新的朝向中形成或重新形成，而较老的厚盘则保留了早先构型以及两者之间那段剧烈过渡的证据。
为什么模拟在这里很重要
由于天文学家无法对星系进行实验，模拟是少数几种能够检验某种历史是否真的会产生今天所见结构的方法之一。Auriga 模拟集对这类问题特别有用，因为它追踪了漫长宇宙时间中的星系形成，并包含塑造星系演化的多种物理过程。这并不意味着某一次模拟就是银河系过去的直接重演。它提供的是一组基于物理、可行的历史路径，可与观测结果进行对照。
在这项研究中，新工作的吸引力在于，它把一个具体的观测事实，即厚盘较慢的旋转，与一个具体的过去事件类别联系起来，即一次改变星系朝向的大并合。这个解释在概念上也较为简洁。它不再把薄盘和厚盘仅仅视为松散相关的组成部分，而是将它们视作同一星系在剧烈重构前后两个阶段留下的记录。
这一想法符合天文学中的更广泛趋势：银河系越来越不被看作一个安静、稳定演化的螺旋星系，而是一个由反复相互作用塑造的系统。银河晕、恒星流以及化学性质不同的人群，已经在讲述一个通过吸积逐步组装的故事。盘面翻转会为这一故事增添又一戏剧性章节，也有助于解释为什么银河系一些最古老的恒星，会以与今天有序盘面不太一致的方式运动。
更好地理解我们自己的星系，也有更广泛的价值
这项研究之所以引人关注，一个原因是银河系是研究星系形成的关键试验场。所提供的来源引用 Batrakov 的话称，由于我们生活在银河系中，天文学家能够比研究任何其他星系都更细致地研究它，这使它成为更广泛理解的核心。这正是解决双盘问题这类谜题的真正意义。答案不仅关乎局部的星系考古，也会反过来影响科学家如何解释宇宙中其他地方的螺旋星系。
如果并合能够翻转盘面并留下长寿命的运动学特征，天文学家也许就能在其他星系中寻找类似模式。这可能有助于重建星系何时吞并伴星系、此后多快重建有序盘面，以及这种剧烈重新定向究竟有多普遍。它也可能细化并合在塑造恒星族群、金属丰度梯度和星系晕结构中的作用。
目前，这项工作仍是一个在重要天文学会议上展示的基于模拟的解释，还不是银河系历史的最终定论。但它为一个顽固问题提供了一个有说服力的框架。银河系的厚盘长期以来看起来就像一部记录古老扰动的档案。这项新分析暗示，这种扰动可能比此前认为的还要深刻：不仅仅是一场搅动老恒星的碰撞，而是一次改变了整个星系朝向的事件。
这正是其结果如此令人震撼的原因之一。夜空常常给人一种永恒不变的印象。但银河系更深层的故事，却是动荡、组装与恢复的历史。如果这一解释最终被证实，那么我们周围的星系也许曾被一次古老的并合翻转到一侧，随后重建成今天我们所知的螺旋家园。
本文基于 Universe Today 的报道。阅读原文。
Originally published on universetoday.com