哈勃解开银河系早期合并之谜

我们的家园银河系通过吞噬较小的星系而增长到目前的大小。现在，NASA的哈勃太空望远镜的新数据提供了确凿证据，表明一个矮星系在银河系演化的最早阶段与之合并。这一发现将我们对银河系历史的了解向前延伸了18亿年。

研究结果周一发表在《自然·天文学》杂志上。

今天的银河系是一个巨大的旋涡星系，拥有数千亿颗恒星。然而，我们的星系并非一直如此庞大；它通过从气体云中形成新恒星以及通过合并从其他星系收集恒星、气体和暗物质而增长。

我们星系历史上最近的一次大规模合并发生在与人马座矮星系（Sagittarius dwarf galaxy）之间，始于60多亿年前，至今仍在进行。回顾更遥远的过去，研究人员了解到，银河系在100亿年前吞噬了另一个名为盖亚-香肠-波江座（Gaia-Sausage-Enceladus）的矮星系。这次古老的合并极大地影响了我们星系恒星盘的结构。在这两次合并之间还发生了其他较小的合并。

但我们星系的历史并不止于此。观测和模拟都表明，在这两次合并之前还有另一次大规模合并，但该事件的具体细节一直存在激烈争论。现在，哈勃发现了确凿证据，表明大约118亿年前，即大爆炸后仅20亿年，发生了一次更早的合并。

“我们的家园是银河系，但我们不知道我们的房子是如何建造的，”主要作者、意大利博洛尼亚天体物理与空间科学天文台的达维德·马萨里（Davide Massari）说。“在这篇论文中，我们发现了第一批重要的砖块来自哪里：一个我们称之为LKH的矮星系。”

宇宙考古遗址

庞大的天文调查和来自ESA（欧洲航天局）盖亚任务等航天器的精确数据，对于拼凑我们星系的历史起到了重要作用。科学家试图回溯的星系历史越久远，就越难分辨发生了什么。当我们的星系年轻时，它更小，与它碰撞的星系大小更接近。它也更加混乱，合并的迹象可能在数十亿年间被抹去。

哈勃正是窥探了这段模糊的过去。研究人员利用哈勃研究了银河系的一些球状星团：巨大的、大致球形的恒星集合，包含数万到数百万颗恒星。球状星团包含我们星系中一些最古老的恒星，它们可以作为宇宙考古遗址，保存银河系收集的其他星系的恒星。

“得益于哈勃成像的高分辨率和深度，我们可以以前所未有的精度测量这些星团的年龄和金属含量，”研究合著者、意大利博洛尼亚大学的基娅拉·泽比纳蒂（Chiara Zerbinati）说。“结合盖亚的测量，这使得区分一组与其他球状星团不同的球状星团成为可能。这些是在LKH中诞生的星团，它们告诉我们那个星系何时被我们吞噬，以及它有多大。”

团队分析了哈勃对银河系内部2万光年内39个球状星团的观测，那里应该保存着最古老合并的证据。他们预计这个样本包含在年轻银河系内形成的球状星团，以及大约100亿年前从盖亚-香肠-波江座矮星系收集的球状星团。

利用哈勃的敏感观测来确定每个星团的精确年龄和相关的金属丰度——比氦重的元素的丰度——他们确定在我们星系内部区域存在第三组球状星团。团队发现，这些星团比盖亚-香肠-波江座合并中收集的星团更古老，但比银河系内诞生的星团更年轻，无论其金属含量如何。因此，这些星团来自一次单独的、更早的合并——其中银河系吸收了一个矮星系，该矮星系包含约5亿倍太阳质量的恒星，占当时我们星系质量的很大一部分。他们将该矮星系命名为低能-克拉肯-赫拉克勒斯（Low-energy-Kraken-Heracles），简称LKH，以纪念三篇早期提出银河系早期合并观点的研究论文。

如此大规模的合并发生在银河系形成的早期，对我们星系的演化具有深远影响。

“过去一些研究认为，我们星系演化的最早阶段是由仅在我们星系中诞生的恒星定义的，”马萨里说。“在这里，我们表明外部星系诞生的恒星也需要考虑。”

团队计划继续通过研究球状星团来解开银河系的历史，旨在描述我们星系在宇宙历史中经历的所有大规模合并。

“哈勃正在观测以前从未研究过的球状星团，这将帮助我们描述银河系历史上遥远的合并事件，”合著者、西班牙维戈大学和拉古纳大学的费尔南多·阿瓜多-阿赫莱特（Fernando Aguado-Agelet）说。

哈勃太空望远镜已运行超过三十年，并继续做出突破性发现，塑造我们对宇宙的基本理解。哈勃是NASA和ESA（欧洲航天局）之间的国际合作项目。NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理望远镜和任务操作。洛克希德·马丁太空公司也支持戈达德的任务操作。位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所由大学天文研究协会运营，为NASA执行哈勃科学操作。