什麼？仙女座比地球還年輕？

科技 02-20

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】自古以來人們就仰望夜空，看到仙女座星系。作為離我們最近的星系，科學家們已經能夠觀察和仔細觀察這個巨大的螺旋星系幾千年了。到了20世紀，天文學家意識到仙女座星系是銀河系的姐妹星系，正在向我們移動（或者說互相接近）。在45億年後的時間裡，它甚至會和銀河系形成一個超級星系。然而天文學家似乎對仙女座星系的一個主要方面的看法是錯誤的。根據最近由法國和中國天文學家組成的研究小組的研究，這個巨大的螺旋星系形成於不到30億年前的一次大規模的合併。

根據一項新的觀察和數值模擬，科學家已經確定仙女座星系是由最近的碰撞形成的。圖片版權：Wikipedia Commons/Adam Evans

這意味著仙女座，正如我們今天所知道的：實際上比太陽系更年輕，太陽系地球還年長15億年歲！這項名為《仙女座星系及其區域2-3億年前主要合併範例》的研究最近在皇家天文學會的月報上發表。法國巴黎天文台Etoiles，Physique et Instrumentation（GEPI）部門Galaxies的主要研究員Francois Hammer領導的團隊包括來自中國科學院和斯特拉斯堡大學的成員

依靠最近研究收集的數據，發現了仙女座星系和銀河系的巨大差異。第一個研究是在2006年到2014年之間進行的，展示了仙女座星系在其圓盤(不到20億年)中擁有大量年輕的藍色恆星，它們在大尺度上進行隨機運動。這與銀河系圓盤上的恆星形成了鮮明的對比。此外2008年至2014年間，在夏威夷群島的法裔加拿大望遠鏡(CFHT)進行的深入觀察顯示了仙女座星系光環的一些有趣之處。這個巨大的區域是銀河系的10倍大，是由巨大的恆星流構成的。其中最突出的就是所謂的「巨型河流」，這是一種扭曲的圓盤，它的邊緣有貝殼和團塊。

利用這一數據，法國和中國的合作用法國現有的兩台最強大的計算機——巴黎天文台的MesoPSL和國家科學研究中心(CNRS) IDRIS-GENCI超級計算機，建立了一個詳細的「仙女座菌株」數值模型。用最終的數值模型，團隊能夠證明這些最近的觀測只能通過最近的碰撞來解釋。基本上得出結論在7到100億年前，仙女座星系由兩個星系組成，它們緩慢地到達了一個相遇的軌道。在優化了這兩個星系的軌跡後，研究人員確定它們會在18到30億年前碰撞。這一碰撞是我們今天所知道的仙女座菌株誕生的原因，它使它比我們的太陽系更年輕——這是大約46億年前形成的。

更重要的是能夠計算出兩個母星系的質量分布，它們合併成仙女座星系，這表明大星系的體積是小星系的四倍。但最重要的是，這個團隊能夠詳細地再現今天所有構成仙女座菌株的結構，包括凸起、棒、大圓盤以及年輕恆星的存在。在它的圓盤上有年輕的藍色恆星，至今仍無法解釋，這是由於碰撞後發生的一段強烈的恆星形成時期。此外像「巨流」和光環外殼的結構屬於較小的父星系，而分散的團簇和光環的扭曲性質則來自於較大的星系。

研究也解釋了為什麼與其他星系相比，較小星系的特徵在重元素中有不足之處，也就是說它的質量不那麼大，所以它形成的重元素和恆星較少。這一研究對於星系的形成和演化非常重要，主要是因為它是第一個成功地再現星系的數值模擬。這項研究的影響範圍遠遠超出了我們銀河系的範圍。這也是一個很好的例子，說明越來越精密的儀器如何導致更詳細的觀察結果，而這些觀察與越來越複雜的計算機和演算法相結合，會導致更詳細的模型。