在大約100億年前，銀河系正在成長，並在不斷髮展壯大，這時它可能與另一個較小的星系發生了巨大的正面碰撞。這一宇宙大災難改變了銀河系的結構，形成了從星系核心的超大質量黑洞中旋轉出來的厚螺旋。本月早些時候發表的兩項新研究——另一項仍在由同行評議——描述了之前未被注意到的事件的證據。
“這是向前邁出的一大步，”威斯康辛大學的天體物理學家埃琳娜德昂格尼亞說。雖然她與這項新研究沒有關聯。“這很有趣，因為我們終於可以看到銀河系的歷史了。”
為了揭示這麼多萬年之後發生碰撞的證據，天文學家們必須像銀河系的考古學家一樣工作，篩選大量現存的信息，以拼湊出一個與現有證據相一致的故事。這兩個研究小組都依賴於歐洲航天局的蓋亞太空望遠鏡的數據，該望遠鏡花了數年時間收集了數百萬顆恆星的異常豐富的傳記——不僅是它們的位置和運動，還包括它們的亮度、溫度、年齡和組成。他們基本上創造了銀河系的高分辨率和多維的地圖，並利用這些地圖找到了那些似乎保留了很久以前碰撞的記憶的老恆星的異常種群。哥倫比亞大學的天體物理學家凱瑟琳約翰斯頓說：“蓋亞的結果真的讓我們看到了銀河系裡的東西，我們可能懷疑它們在那裡，但在這之前還沒有看到。”
此前曾出現過一種戲劇性的碰撞跡象，但這些跡象都是不確定的。一組獨特的恆星會被認為是來自其他地方的闖入者，但沒有這樣的證據存在。很久以前的碰撞如此徹底地震動了整個星系，以至於那些被發現的星星散佈在整個銀河系。“到處都是殘骸，”劍橋大學的天文學家Vasily Belokurov說，他是這兩支隊伍中的一員。“我們現在基本上被那些殘骸包圍了。”
他和他的團隊發現了大量的恆星，它們與星系的自轉沒有同步。相反，它們在徑向軌道上移動，從星系中心向或遠離。這些恆星也富含“金屬”——天文學家對任何比氫、氦或鋰重的元素給出的包羅萬象的描述。富含金屬的恆星可能來自許多前幾代恆星。它們是來自很久以前的銀河系的恆星的科學，它們的軌道仍然反映了宇宙攪拌器的奇怪軌跡。
“如果你在池塘裡扔一塊石頭，這些漣漪會持續一段時間。”以類似的方式，如果你搖動銀河系的圓盤，即使是數十億年前，它也需要一段時間才能穩定下來，”約翰斯頓說。
Belokurov的團隊還模擬了不同的碰撞場景，以及一種可能更安靜的歷史，沒有發生重大碰撞。他們發現，一個小的“矮星系”的撞擊確實可以像今天看到的那樣，沉積一團恆星。本月早些時候，他們的研究成果發表在英國皇家天文學會月刊上。
另一組由荷蘭格羅寧根大學的天文學家Amina Helmi領導，他們的研究基於蓋亞的一個更新的更大的數據集，並對恆星的化學性質進行了更詳細的分析。由超新星爆炸產生的大量的鐵，相對於像鎂這樣的元素，由巨大而短暫的恆星產生，直到今天產生了關於星系歷史的線索。Helmi和她的團隊利用這些數據得出結論，銀河系的內部區域包含了來自遠古星系撞擊的碎片。他們把這個古老的星系命名為“蓋亞-恩克拉多斯”。
這次研究發現可能有助於解決一個關於銀河系結構的長期問題。星系的螺旋狀恆星實際上是由兩個部分組成的：一個更薄、更密集的區域，被一個更厚、更分散的區域所包圍。天文學家不確定這個厚的圓盤是如何產生的。也許這些恆星來自另一個星系，或者它們是來自薄圓盤的恆星，它們相互作用，隨著時間的推移向外遷移。Helmi和Belokurov的研究表明，Gaia-Enceladus的碰撞將薄圓盤的恆星噴射到厚圓盤中。“如果這次碰撞發生在銀河系，那麼它就會破壞恆星的圓盤，將其粉碎，並將恆星送到高星系的高度，”Belokurov說。
調查仍在繼續。這兩組人都不確定蓋亞-恩克拉多斯到底有多大，確切地說它是什麼時候落在銀河系的。沒有人能確切地說我們星系的圓盤是如何被加熱並膨脹成更厚的。約翰斯頓說：“我們不明白這種影響是多麼的重要，但現在我們找到了一個“罪魁禍首”，”他說，“這可能會造成厚厚的圓盤。”“真正令人興奮的是，仔細觀察這個磁盤，並追蹤這個事件，看看我們是否能找到一個更直接的效果，這是一個剩餘的回聲。”
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