我们恒星的倾斜银河系恒星晕的形状得以实现

一项新的研究揭示了我们银河系盘周围弥漫恒星云的真实形状。几十年来，天文学家一直认为这团恒星云 - 称为恒星晕 - 主要是球形的，就像沙滩球一样。现在，基于现代观测的新模型显示恒星晕是长方形和倾斜的，很像刚刚被踢过的足球。

本月发表在《天文学杂志》(The Astronomical Journal)上的研究结果提供了对许多天体物理学主题领域的见解。例如，这些结果揭示了我们银河系和银河系演化的历史，同时也为持续寻找被称为暗物质的神秘物质提供了线索。

“恒星晕的形状是一个非常基本的参数，我们刚刚测量得比以前更精确，”研究主要作者Jiwon “Jesse” Han说，他是天体物理中心的博士生|哈佛和史密森尼。“恒星光环不是球形的，而是形状像足球、橄榄球或齐柏林飞艇，有很多重要的含义——任你选择!”

“几十年来，人们普遍认为恒星晕或多或少是球形和各向同性的，或者在每个方向上都是一样的，”研究合著者、韩的顾问、哈佛大学和天体物理中心的天文学教授查理·康罗伊(Charlie Conroy)补充道。“我们现在知道，嵌入球形恒星体积中的银河系的教科书图片必须被扔掉。

银河系的恒星晕是更广泛地称为银河系晕的可见部分。这个银河系晕由看不见的暗物质主导，其存在只能通过它施加的引力来测量。每个星系都有自己的暗物质光晕。这些光晕就像一种脚手架，普通的可见物质悬挂在上面。反过来，可见物质形成恒星和其他可观测的星系结构。为了更好地了解星系如何形成和相互作用，以及暗物质的潜在性质，恒星晕因此是有价值的天体物理目标。

“恒星晕是银河光晕的动态示踪剂，”韩说。“为了更多地了解银河系晕，尤其是我们银河系的银河光晕和历史，恒星光环是一个很好的起点。

然而，长期以来，理解银河系恒星晕的形状一直挑战着天体物理学家，原因很简单，我们被嵌入其中。恒星晕在我们银河系充满恒星的平面上方和下方延伸数十万光年，我们的太阳系所在的平面。

“与外部星系不同，我们只是观察它们并测量它们的光晕，”韩说，“我们缺乏与我们自己星系光环相同的空中外部视角。

更复杂的是，恒星晕已被证明是相当分散的，只包含银河系所有恒星质量的百分之一左右。然而，随着时间的推移，天文学家已经成功地确定了数千颗填充在这个光晕中的恒星，这些恒星与其他银河系恒星不同，因为它们独特的化学组成(可以通过对星光的研究来衡量)，以及它们在天空中的距离和运动。通过这样的研究，天文学家已经意识到晕星的分布并不均匀。此后，目标是研究恒星超密度的模式 - 在空间上显示为束和流 - 以理清恒星晕的最终起源。

CfA研究人员及其同事的这项新研究利用了近年来收集的两个主要数据集，这两个数据集以前所未有的方式探测了恒星晕。

第一组来自盖亚，这是欧洲航天局于2013年发射的革命性航天器。盖亚继续对银河系中数百万颗恒星的位置、运动和距离进行最精确的测量，包括一些附近的恒星晕星。

第二个数据集来自H3(高分辨率光环中的Hectochelle)，这是在位于亚利桑那州弗雷德劳伦斯惠普尔天文台的MMT进行的地面调查，以及CfA和亚利桑那大学之间的合作。H3已经收集了数以万计的恒星晕恒星的详细观测结果，距离盖亚来说太远了，无法评估。

将这些数据组合在一个灵活的模型中，允许从所有观测中出现恒星晕的形状，产生了绝对非球形的晕 - 足球形状与迄今为止的其他发现非常吻合。例如，这种形状独立而强烈地与关于银河系恒星晕形成的领先理论一致。

根据这个框架，恒星晕是在7-100亿年前一个孤独的矮星系与我们更大的星系相撞时形成的。离开的矮星系被有趣地称为盖亚 - 香肠 - 土卫二(GSE)，其中“盖亚”指的是上述航天器，“香肠”是指绘制盖亚数据时出现的图案，“土卫二”是指被埋在山下的希腊神话巨人 - 就像GSE被埋在银河系中一样。由于这次银河系碰撞事件，矮星系被撕裂，其组成恒星散落成分散的光晕。这样的起源故事解释了恒星晕恒星与银河系中出生和繁殖的恒星固有的不相似之处。

这项研究的结果进一步记录了GSE和银河系在亿万年前是如何相互作用的。足球形状 - 技术上称为三轴椭球体 - 反映了对恒星晕中两堆恒星的观测。这些堆积表面上是在GSE穿过银河系的两个轨道时形成的。在这些轨道上，GSE会在所谓的对视中心或矮星系轨道上更大的引力吸引子银河系的最远点减速两次;这些停顿导致了GSE恒星的额外脱落。同时，恒星晕的倾斜表明GSE以入射角而不是直线遇到银河系。

“恒星晕中恒星的倾斜和分布提供了戏剧性的确认，即我们的星系在70亿至100亿年前与另一个较小的星系相撞，”康罗伊说。

值得注意的是，自GSE-Milky Way撞击以来已经过去了很长时间，以至于恒星晕恒星有望动态地稳定在经典的，长期假设的球形中。该团队说，事实上，他们不太可能谈论更广泛的银河光环。这种暗物质主导的结构本身可能是歪斜的，并且通过它的引力，同样使恒星晕远离。

“倾斜的恒星晕强烈表明潜在的暗物质晕也是倾斜的，”康罗伊说。“暗物质晕的倾斜可能对我们在地球上的实验室中探测暗物质粒子的能力产生重大影响。

康罗伊的后一点暗示了目前正在进行和计划的多个暗物质探测器实验。这些探测器可以增加它们捕捉到与暗物质难以捉摸的相互作用的机会，如果天体物理学家能够判断出物质在哪里更集中，从银河系上讲。当地球穿过银河系时，它将周期性地遇到这些密集和高速暗物质粒子的区域，从而增加探测的几率。

恒星晕最合理配置的发现将推动许多天体物理学研究向前发展，同时填补我们在宇宙中位置的基本细节。

“这些都是关于我们银河系的直观有趣的问题：'银河系是什么样子的?'和'恒星晕是什么样子的?'”韩说。特别是通过这一方面的研究和研究，我们终于回答了这些问题。