藝術(shù)家對銀河系的印象，從外面看。外星這里描述的天文研究更進(jìn)了一步，展示了如果河外天文學(xué)家從遠(yuǎn)處研究我們的學(xué)家系化學(xué)銀河系會得到什么結(jié)果。信用:斯特凡·佩恩-沃德納爾
（神秘的對們地球uux.cn）據(jù)馬克斯·普朗克學(xué)會：研究人員重建了外星天文學(xué)家從遠(yuǎn)處觀察我們的銀河系時，如果他們分析我們的銀河銀河系的化學(xué)成分會發(fā)現(xiàn)什么。這項研究由馬克斯·普朗克天文研究所的看法研究人員領(lǐng)導(dǎo)，與我們對宇宙的重建理解有關(guān):它允許我們在我們的家園星系和我們從外面觀察的許多遙遠(yuǎn)的星系之間進(jìn)行一種新的比較。這些結(jié)果為我們的外星家園星系是否特殊這個老問題提供了部分答案:至少在化學(xué)成分方面，銀河系是天文不尋常的，但不是學(xué)家系化學(xué)唯一的。
我們從外面看到遙遠(yuǎn)的對們星系:望遠(yuǎn)鏡觀測向我們展示了星系的形狀和光譜(星系光線的彩虹般分解)。那么，銀河對于一個遙遠(yuǎn)的看法外星天文學(xué)家來說，從這個角度來看，重建我們的銀河系會是什么樣子呢？這是一個看似簡單的問題。畢竟，地球上的天文學(xué)家已經(jīng)設(shè)計出相當(dāng)巧妙的方法，從我們的觀察中推斷出一個星系的屬性，而外星天文學(xué)家也可能對銀河系有類似的復(fù)雜看法。
對于更復(fù)雜的分析方法，很難說外星天文學(xué)家會發(fā)現(xiàn)什么，如果他們把這些方法應(yīng)用到我們的銀河系。但是回報可能是可觀的。這項研究的第一作者、云南大學(xué)馬克斯·普朗克天文研究所的連建輝(音譯)說:“如果我們想知道銀河系是否特殊，我們需要找到將我們的家庭星系與更遙遠(yuǎn)的星系進(jìn)行比較的方法。自從一百年前天文學(xué)家意識到銀河系不是宇宙中唯一的星系以來，這一直是一個懸而未決的問題。”
數(shù)據(jù)和模擬的巨大進(jìn)步
盡管這個問題可能很古老，但看起來天文學(xué)現(xiàn)在很有可能找到一個可靠的答案。首先，在過去十年左右的時間里，對我們銀河系的系統(tǒng)研究已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展。已經(jīng)有一些調(diào)查，例如APOGEE，提供了我們銀河系中數(shù)百萬顆恒星的化學(xué)成分、物理性質(zhì)和三維運動的信息，這些信息是從它們的光譜中推斷出來的。歐空局的蓋亞飛船已經(jīng)追蹤了我們銀河系中近15億顆恒星的亮度、運動和距離。
對于遙遠(yuǎn)的星系也有更多更好的數(shù)據(jù)。漫畫調(diào)查深入研究了近10，000個星系。以前針對這么多星系的調(diào)查只能提供每個星系的一個整體光譜，漫畫描繪了一幅“光譜圖”，顯示了，比如說，每個星系的化學(xué)成分從中心到外圍區(qū)域是如何變化的。
最后但同樣重要的是，現(xiàn)在有了星系形成和演化的現(xiàn)代模擬，如TNG50模擬，它跟蹤了一個模型宇宙中從大爆炸后到現(xiàn)在的數(shù)千個星系的歷史。所有這些發(fā)展對我們預(yù)測外星天文學(xué)家將會看到什么是必要的，因為他們將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)銀河系并試圖重建銀河系的化學(xué)成分。
猜測外星天文學(xué)家
這正是由連和瑪麗亞·伯格曼(馬克斯·普朗克天文研究所)領(lǐng)導(dǎo)的一項新研究所做的。具體來說，連，伯格曼和他們的同事考慮了恒星的化學(xué)成分。我們周圍看到的恒星主要由氫和氦組成，但也有少量比氦重的元素——這些元素在天文學(xué)中(但不是在普通化學(xué)中！)被稱為“金屬”。
這些金屬中的一些是在恒星內(nèi)部產(chǎn)生的，當(dāng)大質(zhì)量恒星在其壽命結(jié)束時爆炸時被拋入太空。其他的產(chǎn)生于膨脹巨星的外層，并從那里漂移到太空。最重要的是，有一個總的趨勢:星際介質(zhì)——填充恒星之間空間的氣體和塵埃的低密度混合物——中的金屬濃度隨著時間的推移而增加。較早誕生的恒星含有較少的金屬，較晚誕生的恒星含有較多的金屬。繪制出星系中哪些區(qū)域的恒星金屬含量較少或較多，可以告訴你哪個區(qū)域的恒星形成較早，哪個區(qū)域形成較晚。
從本地宇宙學(xué)到外星人視角
我們的家園銀河系是目前唯一一個我們可以直接對單個恒星進(jìn)行大規(guī)模調(diào)查的螺旋星系——測量它們在我們星系中的位置，并通過它們的光譜，它們的金屬含量，表面溫度和其他物理屬性。Lian，Bergemann和他們的同事開始重建外星天文學(xué)家在繪制銀河系金屬含量地圖時會看到的景象。由于我們的家庭星系是一個盤狀星系，關(guān)鍵問題是:一個遙遠(yuǎn)的外星天文學(xué)家如何看待金屬豐度隨著離我們星系中心的距離而變化？
這種重建需要努力。遠(yuǎn)地點調(diào)查的數(shù)據(jù)只是一個起點。接下來，研究人員需要考慮這樣一個事實，即從地球上看，我們對銀河系的看法是“模糊的”:在某些方向上，我們和更遙遠(yuǎn)的恒星之間會有更多的塵埃，削弱了恒星的光線，并完全隱藏了一些最暗的恒星。在其他方向會有更少的灰塵。研究人員需要將觀測數(shù)據(jù)與我們對塵埃和恒星屬性的了解結(jié)合起來，以重建我們銀河系中恒星的真實分布。
我們星系的高金屬含量“帶”
結(jié)果有些令人驚訝。如果你從星系中心向外追蹤恒星的平均金屬含量，它會增加，在距離中心大約23000光年的地方達(dá)到接近我們太陽的金屬含量。(作為比較:我們的太陽距離銀河系中心大約26000光年。)在更遠(yuǎn)的距離，平均金屬含量再次下降，在距離中心約50，000光年處下降到太陽值的大約三分之一。
為了了解發(fā)生了什么，研究人員隨后分別觀察了不同年齡組的恒星——遠(yuǎn)地點光譜至少可以粗略估計恒星的年齡。分別觀察年輕和年老的恒星，他們發(fā)現(xiàn)每個年齡組基本上都遵循一個連續(xù)的趨勢，靠近中心的金屬含量較高，遠(yuǎn)離中心的金屬含量較低?？傮w分布的增加和最大值純粹是由于較老的恒星(金屬含量低得多)在銀河系中心附近更豐富，因此拉低了總體平均值，但較年輕的恒星在更遠(yuǎn)處變得更頻繁。
將我們的銀河系與其他星系進(jìn)行比較
連，伯格曼和他們的同事將這一有趣的結(jié)果與其他星系的性質(zhì)進(jìn)行了比較。一方面，他們在漫畫調(diào)查中考慮了321個星系，所有這些星系的質(zhì)量與銀河系相似，產(chǎn)生的恒星數(shù)量相似，并且所有這些星系都是正面可見的，因此平均金屬度的變化可以被測量。另一方面，研究人員使用相同的標(biāo)準(zhǔn)在TNG50模擬的模型宇宙中識別了134個類似銀河系的星系。
那么，我們的銀河系到底有多特別——或者沒有？本研究提供的答案是:就金屬豐度的分布而言，我們的銀河系是不尋常的，但不是唯一的。TNG50樣本中只有11%的星系和漫畫樣本中約1%的星系顯示出類似的平均金屬豐度上下波動。11%和1%之間的差異可能是由于漫畫數(shù)據(jù)中的不確定性和TNG50模型宇宙中現(xiàn)實模擬的局限性的結(jié)合。
此外，在外部區(qū)域，與漫畫和TNG50星系相比，銀河系的平均金屬含量隨著距中心距離的增加而下降的幅度更大。
“為什么”的問題
那么為什么銀河系會有它所具有的不尋常的性質(zhì)，這些性質(zhì)對于我們的家庭星系的形成歷史意味著什么呢？有幾種方法可以解釋銀河系中心附近富含金屬的恒星相對稀少的原因。這一特征可能與所謂的凸起(bulge)的形成有關(guān)，這是一個圍繞銀河系中心的較老恒星的大致球形區(qū)域，距離約5000光年。膨脹的形成會耗盡大部分可用的氫氣，使得后來的恒星形成更加困難?；蛘?，這種稀缺可能與一個活躍階段有關(guān)，在這個階段，我們星系的中心超大質(zhì)量黑洞從其近鄰噴出粒子和輻射，抑制恒星的形成。
外部區(qū)域的金屬含量可以用幾種方案來解釋，這些方案結(jié)合了我們銀河系內(nèi)部氣體的演化和銀河系盤面上恒星形成的歷史。這種急劇下降可能是我們銀河系歷史上一個不尋常事件的跡象——比如說，我們的家庭星系用幾乎不含金屬的氣體“吞噬”了一個較小的星系。這種氣體后來會成為形成盤中金屬含量較少的恒星的原料。也有可能我們對銀河系恒星盤范圍的估計是錯誤的，當(dāng)談到減少的幅度時，這種誤差扭曲了與其他星系的比較。
觀點
瑪麗亞·伯格曼說:“這些發(fā)現(xiàn)非常令人興奮！這是我們第一次能夠有意義地將我們星系的詳細(xì)化學(xué)成分與許多其他星系的測量結(jié)果進(jìn)行比較。這些結(jié)果對于下一代星系形成的全面研究非常重要。這些研究將使用來自即將到來的針對銀河系或針對遙遠(yuǎn)星系的大規(guī)模觀測項目的數(shù)據(jù)。我們的研究展示了如何明智地結(jié)合這兩種數(shù)據(jù)集?！?br>總而言之，這里描述的研究提出了許多有趣的問題。通過新的調(diào)查和探索“外星天文學(xué)家”視角的新研究，我們可以希望找到答案，并在這個過程中更好地了解我們家鄉(xiāng)星系的歷史。