盖亚新数据，一把打开银河系过去与未来的钥匙
盖亚的新数据将揭开银河系黑暗的过去与未来
“你可以重建知识体系，例如恒星群从哪里来、是哪一基本要素将它们带入银河系的。”
欧洲盖亚任务彻底改变了我们银河系的研究。
（图片来源：欧洲空间局/盖亚/数据处理和分析委员会）观测银河系里恒星的空间望远镜，揭开了银河系几十亿年前发生的事情。天文学家能根据即将发布的观测数据一窥更遥远的过去。
欧洲空间局的盖亚任务不像哈勃空间望远镜、韦伯空间望远镜那样家喻户晓。然而正如银河系研究者所述：“如今，盖亚任务生产了最多的科学成果，让我们对银河系历史的认识实现了前所未有的飞跃。”
盖亚的工作方式与韦伯、哈勃不同。盖亚不是每次观测一个遥远天体，而是一遍遍地扫描整个天空。这架像飞碟似的望远镜位于距地球约930,000英里（150万公里）的拉格朗日L2点。它观测着天空中20亿颗最亮的恒星，且观测视野不受地球大气层的干扰。
与哈勃和韦伯不同的是，盖亚并不聚焦于捕捉令人惊叹的、反映恒星、星系细节的图像。相反，探测器注重记录一些基本参数：例如，恒星与地球的距离、恒星在太空中的移动速度，以及它们在天球切面和三维空间中的运动方向。
由于太空中的天体遵循着物理定律，科学家可以模拟过去和未来数十亿年恒星轨迹，剖析影响星系演化的事件。自2013年盖亚发射以来，银河考古学这一学科取得了巨大的发展。而即将发布的新数据将进一步推动学术研究。
荷兰莱顿大学天文学家、盖亚数据处理和分析委员会主席安东尼·布朗宣称：“我们在努力解开银河系起源的细节。有了不断获取的新数据，我们应该能够做得更好。”
根据欧洲盖亚任务的测量得出未来40万年银河系恒星的轨迹。（图片来源：欧洲空间局/盖亚/数据处理和分析委员会）
逐渐认识恒星
新数据含有天文学家所说的天体物理参数。这些参数来源于已观测到的恒星光谱（本质上是恒星如何吸收光），揭示了已观测到的恒星的年龄、质量、亮度以及具体化学成分。
欧空局盖亚项目科学家乔斯·德布鲁伊尼说：“真正了解星星。就好像你现在可以见到匿名人群中的每一个。你可以知道他们的名字、年龄以及从何方来。”
多亏了6月13日发布的数据，天文学家们“见到”的恒星群由5亿个独立天体组成，是盖亚观测到的恒星数量的四分之一。布朗补充道：“这些信息将帮助天文学家进一步完善认识体系——形成银河系的事件顺序，并‘真正厘清其形成历史’。”
银河系正在吞噬其轨道上的小星系。（图片来源：欧洲空间局/盖亚/数据处理和分析委员会）
我们已知道的“世界”
布朗说：“天文学家们认为银河系开始形成于大爆炸后的8亿年左右，经历了10亿—20亿年的强烈形成期。”这个形成时期包含了与其他星系的数次碰撞。经历碰撞后的银河系逐渐成为了我们今天看到的样子：一个包含2000亿颗恒星的巨大螺旋星系。（盖亚只能看到其中1%。）
在之前发布的盖亚数据中，研究人员发现了早期碰撞的痕迹，这些痕迹仍然以波的形式在银河系中四散传播，影响着恒星的运动。其中最重要的一次碰撞是和一个名为盖亚-恩刻拉多斯的星系。约100亿年前两个星系相撞时，这个星系比银河系小四倍。据盖亚数据显示，这次碰撞导致了银晕的出现。银晕是一个由稀疏分布的恒星组成的球状区域，是围绕着比银河系质量更大的圆盘。
布朗说：“目前我们认为【与盖亚-恩刻拉多斯的碰撞】是银河系经历的最后一次重大合并。”
（图片来源：欧洲空间局）
追寻“最小的构成要素”
荷兰格罗宁根大学天体物理学博士后研究员爱德华多·巴尔比诺特是众多等待6月13日数据发布的天文学家之一。巴尔比诺特感兴趣的是与银河系“最小构成要素”之间更适中的碰撞：球状星团——被银河系吞噬了亿万年的古老恒星群。
巴尔比诺特说：“【球状星团】很特殊，当它们在这些吸积事件中消失时会被撕裂。但它们仍然以恒星群的形式存在于天空中，就像我们所说的恒星流一样。”
虽然这些恒星流很难被探测到，但巴尔比诺特认为新的盖亚数据将会带来新突破。
巴尔比诺特说：“【在新数据集合中】将有一个额外的速度分量，即所谓的径向速度——恒星靠近或远离我们的速度有多快。盖亚之前测量过其中一些，但新样本会大10倍，比以前的任何样本都大。”
在恒星的这些运动中，天文学家能够区分同步穿过银河系的恒星群。通过将这些信息与恒星化学成分的数据（来自其他星系的恒星具有独特的化学特征）相结合，天文学家能以前所未有的方式一窥星系的过去。
巴尔比诺特说：“这是利用盖亚数据做的最令人振奋的事情之一。你可以找到和这些运动相似的恒星群，根据它们的来源将它们作为银河系的构成要素进行重建，然后回答银河系如何形成的问题。”
在银河系边缘发生了什么？
巴尔比诺特希望这些新数据能帮助天文学家，在银河系的最外围、银晕与星系际空间相遇的地方，找到比以前更远离地球的球状星团的残余物。
巴尔比诺特说：“新的数据集将包含一小部分变星数据。这些变星非常明亮，所以直到银河系边缘我们也可以一直看到。它们几乎是我们在银河系中能够探测到的最遥远的恒星。这太令人兴奋了，因为它确实是一个未知的领域。”
巴尔比诺特说：“变星可能会揭秘和银晕中球状星团发生碰撞后留下的残留物，这些残留物会以球形‘壳’的形式存在。对这些‘壳’的分析可以揭示许多有关数十亿年前它们诞生事件的细节。”
巴尔比诺特说：“如果测量这些‘壳’之间的距离，就可以推断出很多。你可以重建这些吸积事件发生的细节，例如落入银河系的卫星【星系】轨道是什么等等。”
展望未来
对于银河系来说，过去的数十亿年相当平静。星系中一直在产生恒星，并以平稳的速度死亡，同时在吸收早期震动的余震。
但未来，事情会变得艰难。事实上，天文学家们已经注意到下一次星系碰撞：银河系轨道上两个矮星系大麦哲伦云和小麦哲伦云的碰撞。
布朗说：“麦哲伦云最近才进入绕银河系的轨道。在过去的数十亿年里，我们已经看到它们对银河系引力场产生了影响。如果我们能够很好地重建过去，我们也许能够推进整个过程，看看星云何时与银河系融合。”
尽管银河系经历了暴力的“童年时期”，但最灾难性的事件仍在未来：与最近的“邻居”仙女星系的碰撞。
仙女星系目前距地球超过250万光年，是盖亚观测到的天体之一。新发布的数据将为约45亿年后这两个星系的相遇开拓新的思路。
布朗说：“有了盖亚，可以很好地测量仙女星系在视线范围内的运动。这也给两个星系的未来带来了更多限制。”
当太阳的母星系遇到仙女星系时，太阳也将垂垂老矣，寿终正寝。因此人类不太可能目睹银河系的粉碎。可以肯定的是，地球会因越来越热的太阳的缘故变得不适宜人类居住。
尽管如此，解开银河系的过去和未来仍然是一个吸引人的研究课题。随着盖亚提供越来越多的数据，这个项目将持续很久。
这架望远镜将于2025年耗尽燃料后退役。但德布鲁伊尼表示：“它的巅峰期肯定还没有过去。”由400名研究人员组成的处理盖亚数据的联盟仍在不断完善算法，以用于分析大量望远镜的测量数据。这些算法使天文学家们能在庞大的数据集中找到越来越精细的细节和新信息。例如，6月13日发布的内容包含太阳系中小行星有史以来最丰富的化学成分目录、双星系统有史以来最大的数据集。德布鲁伊尼说：“盖亚的下一次数据发布将要揭示数千颗新的系外行星。”
BY:Tereza Pultarova
FY:习元
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