蓋亞新數據，一把打開銀河系過去與未來的鑰匙
蓋亞的新數據將揭開銀河系黑暗的過去與未來
“你可以重建知識體系，例如恒星群從哪裏來、是哪一基本要素將它們帶入銀河系的。”
歐洲蓋亞任務徹底改變了我們銀河系的研究。
（圖片來源：歐洲空間局/蓋亞/數據處理和分析委員會）觀測銀河系裏恒星的空間望遠鏡，揭開了銀河系幾十億年前發生的事情。天文學家能根據即將發布的觀測數據一窺更遙遠的過去。
歐洲空間局的蓋亞任務不像哈勃空間望遠鏡、韋伯空間望遠鏡那樣家喻戶曉。然而正如銀河系研究者所述：“如今，蓋亞任務生産了最多的科學成果，讓我們對銀河系曆史的認識實現了前所未有的飛躍。”
蓋亞的工作方式與韋伯、哈勃不同。蓋亞不是每次觀測一個遙遠天體，而是一遍遍地掃描整個天空。這架像飛碟似的望遠鏡位于距地球約930,000英裏（150萬公裏）的拉格朗日L2點。它觀測著天空中20億顆最亮的恒星，且觀測視野不受地球大氣層的幹擾。
與哈勃和韋伯不同的是，蓋亞並不聚焦于捕捉令人驚歎的、反映恒星、星系細節的圖像。相反，探測器注重記錄一些基本參數：例如，恒星與地球的距離、恒星在太空中的移動速度，以及它們在天球切面和三維空間中的運動方向。
由于太空中的天體遵循著物理定律，科學家可以模擬過去和未來數十億年恒星軌迹，剖析影響星系演化的事件。自2013年蓋亞發射以來，銀河考古學這一學科取得了巨大的發展。而即將發布的新數據將進一步推動學術研究。
荷蘭萊頓大學天文學家、蓋亞數據處理和分析委員會主席安東尼·布朗宣稱：“我們在努力解開銀河系起源的細節。有了不斷獲取的新數據，我們應該能夠做得更好。”
根據歐洲蓋亞任務的測量得出未來40萬年銀河系恒星的軌迹。（圖片來源：歐洲空間局/蓋亞/數據處理和分析委員會）
逐漸認識恒星
新數據含有天文學家所說的天體物理參數。這些參數來源于已觀測到的恒星光譜（本質上是恒星如何吸收光），揭示了已觀測到的恒星的年齡、質量、亮度以及具體化學成分。
歐空局蓋亞項目科學家喬斯·德布魯伊尼說：“真正了解星星。就好像你現在可以見到匿名人群中的每一個。你可以知道他們的名字、年齡以及從何方來。”
多虧了6月13日發布的數據，天文學家們“見到”的恒星群由5億個獨立天體組成，是蓋亞觀測到的恒星數量的四分之一。布朗補充道：“這些信息將幫助天文學家進一步完善認識體系——形成銀河系的事件順序，並‘真正厘清其形成曆史’。”
銀河系正在吞噬其軌道上的小星系。（圖片來源：歐洲空間局/蓋亞/數據處理和分析委員會）
我們已知道的“世界”
布朗說：“天文學家們認爲銀河系開始形成于大爆炸後的8億年左右，經曆了10億—20億年的強烈形成期。”這個形成時期包含了與其他星系的數次碰撞。經曆碰撞後的銀河系逐漸成爲了我們今天看到的樣子：一個包含2000億顆恒星的巨大螺旋星系。（蓋亞只能看到其中1%。）
在之前發布的蓋亞數據中，研究人員發現了早期碰撞的痕迹，這些痕迹仍然以波的形式在銀河系中四散傳播，影響著恒星的運動。其中最重要的一次碰撞是和一個名爲蓋亞-恩刻拉多斯的星系。約100億年前兩個星系相撞時，這個星系比銀河系小四倍。據蓋亞數據顯示，這次碰撞導致了銀暈的出現。銀暈是一個由稀疏分布的恒星組成的球狀區域，是圍繞著比銀河系質量更大的圓盤。
布朗說：“目前我們認爲【與蓋亞-恩刻拉多斯的碰撞】是銀河系經曆的最後一次重大合並。”
（圖片來源：歐洲空間局）
追尋“最小的構成要素”
荷蘭格羅甯根大學天體物理學博士後研究員愛德華多·巴爾比諾特是衆多等待6月13日數據發布的天文學家之一。巴爾比諾特感興趣的是與銀河系“最小構成要素”之間更適中的碰撞：球狀星團——被銀河系吞噬了億萬年的古老恒星群。
巴爾比諾特說：“【球狀星團】很特殊，當它們在這些吸積事件中消失時會被撕裂。但它們仍然以恒星群的形式存在于天空中，就像我們所說的恒星流一樣。”
雖然這些恒星流很難被探測到，但巴爾比諾特認爲新的蓋亞數據將會帶來新突破。
巴爾比諾特說：“【在新數據集合中】將有一個額外的速度分量，即所謂的徑向速度——恒星靠近或遠離我們的速度有多快。蓋亞之前測量過其中一些，但新樣本會大10倍，比以前的任何樣本都大。”
在恒星的這些運動中，天文學家能夠區分同步穿過銀河系的恒星群。通過將這些信息與恒星化學成分的數據（來自其他星系的恒星具有獨特的化學特征）相結合，天文學家能以前所未有的方式一窺星系的過去。
巴爾比諾特說：“這是利用蓋亞數據做的最令人振奮的事情之一。你可以找到和這些運動相似的恒星群，根據它們的來源將它們作爲銀河系的構成要素進行重建，然後回答銀河系如何形成的問題。”
在銀河系邊緣發生了什麽？
巴爾比諾特希望這些新數據能幫助天文學家，在銀河系的最外圍、銀暈與星系際空間相遇的地方，找到比以前更遠離地球的球狀星團的殘余物。
巴爾比諾特說：“新的數據集將包含一小部分變星數據。這些變星非常明亮，所以直到銀河系邊緣我們也可以一直看到。它們幾乎是我們在銀河系中能夠探測到的最遙遠的恒星。這太令人興奮了，因爲它確實是一個未知的領域。”
巴爾比諾特說：“變星可能會揭秘和銀暈中球狀星團發生碰撞後留下的殘留物，這些殘留物會以球形‘殼’的形式存在。對這些‘殼’的分析可以揭示許多有關數十億年前它們誕生事件的細節。”
巴爾比諾特說：“如果測量這些‘殼’之間的距離，就可以推斷出很多。你可以重建這些吸積事件發生的細節，例如落入銀河系的衛星【星系】軌道是什麽等等。”
展望未來
對于銀河系來說，過去的數十億年相當平靜。星系中一直在産生恒星，並以平穩的速度死亡，同時在吸收早期震動的余震。
但未來，事情會變得艱難。事實上，天文學家們已經注意到下一次星系碰撞：銀河系軌道上兩個矮星系大麥哲倫雲和小麥哲倫雲的碰撞。
布朗說：“麥哲倫雲最近才進入繞銀河系的軌道。在過去的數十億年裏，我們已經看到它們對銀河系引力場産生了影響。如果我們能夠很好地重建過去，我們也許能夠推進整個過程，看看星雲何時與銀河系融合。”
盡管銀河系經曆了暴力的“童年時期”，但最災難性的事件仍在未來：與最近的“鄰居”仙女星系的碰撞。
仙女星系目前距地球超過250萬光年，是蓋亞觀測到的天體之一。新發布的數據將爲約45億年後這兩個星系的相遇開拓新的思路。
布朗說：“有了蓋亞，可以很好地測量仙女星系在視線範圍內的運動。這也給兩個星系的未來帶來了更多限制。”
當太陽的母星系遇到仙女星系時，太陽也將垂垂老矣，壽終正寢。因此人類不太可能目睹銀河系的粉碎。可以肯定的是，地球會因越來越熱的太陽的緣故變得不適宜人類居住。
盡管如此，解開銀河系的過去和未來仍然是一個吸引人的研究課題。隨著蓋亞提供越來越多的數據，這個項目將持續很久。
這架望遠鏡將于2025年耗盡燃料後退役。但德布魯伊尼表示：“它的巅峰期肯定還沒有過去。”由400名研究人員組成的處理蓋亞數據的聯盟仍在不斷完善算法，以用于分析大量望遠鏡的測量數據。這些算法使天文學家們能在龐大的數據集中找到越來越精細的細節和新信息。例如，6月13日發布的內容包含太陽系中小行星有史以來最豐富的化學成分目錄、雙星系統有史以來最大的數據集。德布魯伊尼說：“蓋亞的下一次數據發布將要揭示數千顆新的系外行星。”
BY:Tereza Pultarova
FY:習元
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