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翻譯：盛衍鈞
校對：艾宇熙 塗天宇
編排：王招君
後臺：胡永葳 李子琦 董騰晨
原文連結：
https://www.mpg.de/18263284/milky-way-mergers
參考文獻：The Global Dynamical Atlas of the Milky Way mergers: constraints from Gaia EDR3 based orbits of globular clusters, stellar streams and satellite galaxies", 2022, K. Malhan et al., Astrophysical Journal
由德國馬克斯普朗克天文學研究所的 Khyati Malhan 領導的一組天文學家建立了一個記錄其他較小星系與銀河系發生併合的圖譜。儘管在之前的研究中，科學家們已經“手動”重建了這些併合現象，這項新的工作利用了歐空局蓋亞任務提供的資料，對 257 個星流、球狀星團和衛星星系進行了系統的統計評估，確定了總共六次併合事件——其中一次是以前未知的，研究人員將其命名為“Pontus”（Pontus是希臘神話中蓋亞女神的第一個孩子，名字有“大海”的意思）。新的結果使我們朝著更完整地重建銀河系幾十億年曆史邁出的重要一步，它們被髮表在了《天體物理學雜誌》上。
Khyati Malhan和他的同事們分析了銀河系和星流（彩色圓點）、球狀星團（星星符號）和矮星系（小正方形），以獲取他們的銀河系併合事件圖譜。
在藝術家們對銀河系的印象中，我們的家園星系看起來像一個明亮的恆星盤，其中一些恆星形成了旋轉的旋臂。-相比之下，銀河系的暈不那麼顯眼但很有趣：這是一個巨大的球形恆星區域，包圍了整個銀盤和其周圍區域。在銀河系形成和演化的當前圖景中，這個暈包含了我們銀河系中那些最古老的恆星。
這些暈是銀河系與其周圍環境相互作用的檔案。每隔一段時間，就會有一個較小的星系到達離銀河系很近的位置，以至於銀河系的引力會捕捉到它。銀河系的引力會更強烈地作用於其他小星系中離我們較近的部分，而對那些更遠的部分作用較弱，因此被捕獲的星系的一部分通常會被拉成一條長長的由恆星和氣體組成的星流。星流將繼續圍繞著暈執行，儘管在接下來的數十億年裡，它的恆星分佈會越來越分散。
較小星系的其他組成部分也可能被儲存在了銀暈中。星系包含了所謂的球狀星團：它們是一類緻密的星團（大部分是較老的恆星），受自引力的強烈約束。此外，星系通常由更小的衛星星系環繞。與銀河系併合時，這些較小星系的球狀星團和衛星星系也可能最終進入銀暈中。
來自歐空局蓋亞衛星的精確資料
這項研究之所以成為可能，是因為最近有一個獨特的資料集可供使用：歐空局蓋亞任務第三次資料釋出的早期版本（EDR3）。蓋亞衛星於2013年發射升空，並於2016年9月首次釋出資料，為超過10億顆恆星提供了天體測量資料，特別是精確的位置以及有關它們在天空中位置變化的資訊（恆星的自行）。
蓋亞衛星已經將人們已知的星流的數量從大約 25 個增加到大約50個。事實上，如果你去觀察那些包含了星流的天空區域的影象，你將很難識別出這些它們的位置。蓋亞的資料包括了數十億顆恆星的視運動，並且在第二次的資料釋出中補充了對700萬顆恆星徑向速度的測量（恆星遠離我們或接近我們的運動），從而有助於重建恆星的運動狀況。如果我們發現一個區域附近的恆星朝著相同的方向移動，它們很可能來自同一個星流。
Malhan和他的同事們使用的蓋亞資料不是針對單獨的恆星，而是針對銀暈中的星流、球狀星團和衛星星系。
有幾種方法都可以描述引力勢中的運動，但一組特定的量，即所謂的“運動變數”，特別適合他們手頭的任務。類似於可以從物體的運動中計算出來的能量或角動量等物理量，運動變數們要更抽象一些。但它們有一個關鍵的優勢：隨著一個較小的星系與銀河系合併，其所有組成部分（恆星、衛星、球狀星團）的運動變數的值，在整個併合過程中都非常相似。反過來，對運動變數值的分析提供了關於哪些天體最初是屬於同一星系的資訊，因此它們也屬於同一個併合過程。
研究人員根據蓋亞EDR3的資料計算了總共 170 個球狀星團、41 個星流和 46 個衛星星系的運動變數值。對於其中 62 個天體，他們的統計分析確實能夠將它們分配到總共六個不同的併合過程中，其中五個是以前已知的：人馬座矮星系併合事件（Sagittarius）、鯨魚座併合事件（Cetus）、蓋亞香腸（Gaia-Sausage/Enceladus）、悟空（LMS-1/Wukong）和紅杉（Arjuna/Sequoia/I'itoi）。
在他們的分析中，研究人員還發現了一種此前完全未知的併合事件。他們將這次併合以及在那次與銀河系併合的小星系命名為 Pontus。Pontus以相對較低的能量朝著與銀盤旋轉相反的方向移動——這可能暗示了這一特定的併合發生在很早期。
該分析還提供了有關先前已知併合事件的新資料：它表明三個先前已知的星流是悟空併合事件的一部分，該合併於 2020 年發現。有趣的是，這些星流是已知的最“貧金屬”星流——用天文學的語言描述，比氫和氦重的元素都是金屬元素。如果前身星系中很少含有這些重元素，那麼它很可能在宇宙歷史的早期就已經形成了。（不過，那個星系與我們的銀河系的併合可能在相當長的一段時間後才發生。）
至於剩下的195個天體，科學家們認為有如下的幾種可能。這些天體可能是與銀河系併合的小星系的一部分，並沒有留下較大的天體群。它們也可能暗示了目前所用研究方法的侷限性。值得注意的是，研究人員“透過肉眼”發現了第七次併合的候選者，檢查了它們的運動變數圖，而自動搜尋忽略了它以及另外兩個（已知的）併合事件。總而言之，重建銀河系的宇宙歷史需要幾種互補的方法。我們的家園星系在其生命週期中已經與其他的大質量星系發生過大約九到十次併合事件，而上述的這六次併合事件（加上額外的候選）佔據了它們的大部分。
目前的分析結果還不允許重建事件鏈——不同併合事件發生的順序。這也是研究人員們希望去重建的下一個環節，即透過數值模擬來探索這些併合事件是如何產生的。如果一切順利，數值模擬和可用觀測資料之間的比較可以幫助我們重建銀暈在過去數十億年中是如何形成的。
責任編輯：邱煜欣
牧夫新媒體編輯部
『天文溼刻』 牧夫出品
Arp 273的奇特星系
Image Credit : Jason Guenzel
