銀河系的邊界在哪？26年新研究：天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)奇特的U型邊界圖案

長久以來，天文學(xué)家一直為銀河系的邊界爭論不休——它的邊緣從不是一道清晰的城墻，而是逐漸消散在星際空間里，并且，星際塵埃的遮擋以及混雜的恒星族群，更是讓這場邊界勘測難上加難。

直到最近，一個國際天文團隊換了一個新的思路：他們不探測恒星的數(shù)量，不看星光的亮度，而是通過探測恒星的年齡與星系演化模擬相結(jié)合，最終精準鎖定了銀河系恒星形成盤的真正邊界。

相關(guān)研究于26年4月發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志上

探測恒星的年齡，研究團隊選擇了一種叫做紅巨星的恒星。

這類恒星走到了生命的中后期，核心氫燃燒殆盡后進入殼層燃燒階段，亮度極高，且其碳氮元素豐度與自身質(zhì)量、年齡強相關(guān)，年齡測算的精度遠高于其他類型恒星。

這次研究團隊從LAMOST和APOGEE兩大地面光譜巡天項目中，篩選出了十萬余顆符合要求的紅巨星，再結(jié)合蓋亞衛(wèi)星傳回的、達到微角秒級精度的恒星位置、距離與運動數(shù)據(jù)，給這場勘測上了雙保險。

更關(guān)鍵的是，團隊只挑選了那些緊貼銀河系銀道面（垂直銀道面距離小于980光年）、軌道近乎完美圓形的恒星，這就像做城市人口普查時，只統(tǒng)計長期定居的本地居民，徹底排除了從銀河系暈區(qū)闖進來的外來流動恒星，這樣的篩選確保了測到的年齡趨勢，完完全全來自銀河系盤本身的演化規(guī)律。

而當把十萬余顆恒星的年齡，按它們到銀河系中心的距離一一排列后，一個意想不到的圖案出現(xiàn)在了團隊眼前：一條完美的U型曲線。

按照銀河系由內(nèi)而外生長的經(jīng)典理論，恒星形成從致密的銀心開始，再一點點向外擴散，就像往水面滴一滴墨水那樣，暈開的范圍越往外，形成的時間越晚。

一開始的數(shù)據(jù)也完全符合這個預(yù)期：從銀心向外，恒星的平均年齡穩(wěn)步下降，越往外的區(qū)域恒星越年輕。

可當距離來到銀心外約3.7萬到4.0萬光年的位置時，趨勢發(fā)生了徹底反轉(zhuǎn)，再往外圍走，恒星的平均年齡不降反升，越遠的地方恒星越古老。

而這個U型曲線的谷底，也就是恒星平均年齡最年輕的那個點，這正是銀河系恒星形成盤的真正邊緣。

那為什么會出現(xiàn)這樣神奇的U型圖案呢？

團隊用超級計算機的星系演化模擬，找到了背后的答案。

這個U型的谷底，正好對應(yīng)著銀河系恒星形成的截止線：在這條線以內(nèi)，有充足的冷氣體和塵埃，它能持續(xù)不斷地孕育新的恒星，所以越靠近邊界的地方，新生恒星越多，平均年齡就越年輕，這就像造星的主城區(qū)；可一旦越過這條線，氣體密度急劇下降，再也滿足不了恒星穩(wěn)定形成的條件，靠近銀心的造星工廠在這里出現(xiàn)了斷崖式的產(chǎn)能下滑。

那外圍的恒星又是從哪來的？

答案藏在銀河系持續(xù)了百億年的恒星遷移運動里。

銀河系的旋臂、中心棒狀結(jié)構(gòu)會通過引力共振給恒星持續(xù)施加影響，讓它們在保持近圓軌道的前提下，一點點偏離自己的誕生地，緩慢向外圍遷移，這個過程被天文學(xué)家稱為徑向遷移。

這個過程極其緩慢，一顆恒星要漂到越遠的地方，花的時間就越長，自然也就越古老。

模擬結(jié)果也完美印證了這一點：無論星系有沒有經(jīng)歷過小型星系合并，只要恒星形成在某個半徑處急劇下降，再加上恒星的向外徑向遷移，這就一定會出現(xiàn)這樣的U型年齡曲線。

這次的發(fā)現(xiàn)，不僅給銀河系的恒星形成盤劃下了精準的邊界，也刷新了我們對銀河系演化的認知。

我們所在的太陽系，距離銀心約2.6萬光年，正好處在這片造星主城區(qū)的范圍內(nèi)，而我們找到的恒星形成盤邊界，就在太陽系外約1萬光年的位置。

不過，還有一個核心問題沒有答案：為什么銀河系的造星活動，偏偏會在這個位置驟降？

天文學(xué)家推測了幾種可能：或許是銀河系中心棒狀結(jié)構(gòu)的引力共振，給氣體的分布劃下了無形的界限；也或許是銀河系外圍的盤體發(fā)生了翹曲，就像一張被掰彎的光盤，破壞了恒星形成的穩(wěn)定環(huán)境；也可能是外圍的氣體密度太低，無法冷卻凝聚成孕育恒星的致密分子云。