科学家首次定位银河系边界，恒星形成盘距银心4万光年处收缩
国际天文学家团队通过分析恒星年龄，首次明确了银河系恒星形成盘的外缘边界。
最新研究显示，银河系绝大部分恒星形成活动发生在距银心约 4 万光年以内区域。而在这一范围之外，恒星虽然仍然存在，但多数并非在当地新近诞生，而更可能是从银河系内部逐步迁移而来。
银河系的盘状结构并非均匀生长。星系以“由内向外”的模式演化：恒星形成活动从致密的银心区域开始，逐渐向外扩张。这一过程意味着，通常情况下，距银心越远的地方恒星越年轻。
研究团队分析了超过 10 万颗巨星的年龄与距离数据，并结合先进的星系演化计算机模拟，发现了一个 U 形的恒星年龄分布模式。在距银心约 3.5 万至 4 万光年范围内，恒星平均年龄随距离增加而下降的趋势发生反转，开始随距离增加而上升，形成一个年龄最小值。该年龄最小值与恒星形成效率的急剧下降相吻合，从而被确认为银河系恒星形成盘的物理边界。
“银河系恒星形成盘的延伸范围一直是银河考古学中悬而未决的问题。通过绘制恒星年龄在盘面上的变化图谱，我们现在得到了一个清晰且量化的答案。”论文第一作者、现任职于因苏布里亚大学的卡尔 · 菲泰尼博士表示。
为了排除其他银河系结构的干扰，研究团队聚焦于在主盘面上运行、轨道接近圆形的恒星，以此锁定盘面“由内向外”生长的信号。团队采用了来自 LAMOST 和 APOGEE 光谱巡天的数据，并结合了盖亚卫星的高精度测量结果。
论文合著者、马耳他大学的约瑟夫 · 卡鲁阿纳教授表示：“现有的数据使得日益精确的恒星年龄能够成为解码银河系历史的强大工具，这开启了关于我们家园星系发现的新时代。”
在恒星形成边界之外，仍能观测到大量恒星的存在。研究指出，这些恒星并非在当前位置诞生，而是通过一个称为“径向迁移”的过程抵达的。恒星在与银河系旋臂的引力波相互作用中，逐渐向外迁移，类似于冲浪者被海浪推向岸边，经历漫长时间驶向银盘外围。
“关于外盘恒星的一个关键点是，它们运行在接近圆形的轨道上，这意味着它们必然是在盘内形成的。”论文合著者、兰开夏大学的维克多 ·P· 德巴蒂斯塔教授解释说，“这些恒星并非由落入银河系的卫星星系散射到大半径处。”
支持径向迁移理论的一个关键证据在于 —— 距离边界越远的恒星年龄越老，因为恒星需要足够长的时间才能迁徙到更远的位置。这些恒星在迁移过程中维持着接近圆形的轨道，排除了它们因星系碰撞等剧烈事件而被抛射到外围的可能性。径向迁移是一个缓慢、随机的过程，恒星在不同时间捕获不同的旋臂波，反向年龄梯度正是这一机制的必然结果。
至于为何恒星形成活动在大约 3.5 万至 4 万光年这一特定半径处急剧下降，目前尚不清楚。主要推测包括银河系中心棒结构的引力影响，可能导致气体在特定半径处积聚；或者是银河系外围的翘曲结构，盘面的弯曲可能破坏了气体坍缩形成恒星所需的条件。
为了验证这一 U 形模式是否确实是高效恒星形成区域的边界，研究人员利用最先进的星系模拟进行了验证。来自上海交通大学的论文合著者若昂 ·A·S· 阿马兰特博士解释了超级计算机模拟在其中的作用：“在本次研究中，这些模拟帮助我们展示了恒星迁移如何塑造星盘的年龄分布，从而让我们识别出银河系恒星形成区域的终点。”
随着 4MOST 和 WEAVE 等下一代巡天项目提供更高精度的数据，天文学家将能够进一步细化这些测量，并有望确定是哪些物理机制定义了银河系恒星形成盘的边界。这项研究也标志着长期以来难以精确测量的恒星年龄，已成为银河考古学中一项强有力的工具。
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