確定銀河系的終點一直是個挑戰，因為它的圓盤不會突然停止；它逐漸消失在太空中。現在，一個國際天文學家團隊首次透過分析恆星的年齡確定了銀河系恆星形成盤的邊界。他們的發現表明，銀河系的大部分恆星形成發生在距離銀河中心約 40,000 光年的地方。
為了得出這個結論，研究人員將明亮巨星年齡的測量與星系演化的高級模擬結合起來。這一觀點揭示了恆星年齡分佈的獨特「U形」模式，標誌著我們銀河系中活躍恆星形成的外部界限。
「銀河系恆星形成盤的範圍長期以來一直是銀河考古學中的一個懸而未決的問題；透過繪製銀河系恆星年齡如何變化的地圖，我們現在有了一個明確且定量的答案，」該論文的主要作者、現任職於因蘇布里亞大學的卡爾·菲特尼博士說。
由內而外的成長塑造了銀河系
星系在其盤面上形成的恆星並不均勻。相反，它們從中心向外生長。恆星的形成始於密集的中心區域，並在數十億年的時間內緩慢向外擴散，這一過程被稱為「由內而外」的生長。因此，距離中心較遠的恆星通常較年輕，因為這些外部區域最近開始形成恆星。
銀河系在某種程度上遵循這種模式。研究表明，正如預期的那樣，恆星的年齡隨著中心距離的增加而減少。然而，在距離銀河中心約 35,000 至 40,000 光年的地方，這種趨勢發生了逆轉。在這個區域之外，隨著距離的增加，恆星再次老化，形成 U 形年齡輪廓。
透過將此模型與星系的詳細模擬進行比較，研究人員確定恆星年齡最年輕的點對應於恆星形成效率的急劇下降。這證實了這就是銀河系恆星形成盤的真正極限。馬耳他大學計畫的作者和負責人約瑟夫·卡魯阿納教授說：“現在可用的數據使日益精確的恆星年齡成為解碼銀河系故事的強大工具，開創了發現我們家鄉銀河系的新時代。”
為什麼恆星存在於恆星形成的邊緣之外
如果恆星形成在這個極限下如此急劇下降，那麼顯然會提出一個問題。為什麼星星還在遠處？
答案在於一個稱為「徑向遷移」的過程：恆星逐漸遠離其誕生地，與銀河系的螺旋波相互作用。就像衝浪者在海浪中衝浪一樣，恆星可以從旋臂中獲得動量，並隨著時間的推移移動更遠的距離。
在邊緣之外，大多數明星都不是本地出生的。反而是慢慢的走了出去。由於這個過程是漸進且隨機的，恆星需要更長的時間才能到達更遠的距離。這解釋了為什麼邊界之外最遙遠的恆星往往是最古老的。
重要的是，這些恆星沿著近乎圓形的軌道運行。這排除了它們因與其他星系碰撞而被拋出的想法。它們在外盤中的存在反映了內部星系動力學的持續影響。蘭開夏大學這項研究的合著者和主要作者維克多·P·德巴蒂斯塔教授解釋說：“關於外盤中恆星的一個關鍵點是，它們接近圓形軌道，這意味著它們一定是在盤中形成的。這些恆星並不是散佈在正在塌縮的衛星星系的大半徑上的恆星。”
帶有恆星資料的銀河系地圖
為了發現這個極限，研究團隊分析了超過 10 萬顆巨星。他們使用了 LAMOST 和 APOGEE 巡天的光譜數據以及蓋亞衛星的詳細測量數據，蓋亞衛星以前所未有的細節繪製了銀河系的恆星地圖。
透過專門關注在星系主盤內運行的恆星，研究人員能夠從內到外分離出生長的特徵。這使他們能夠將其與可能影響恆星運動和分佈的其他過程區分開來。日內瓦大學合著者洛朗·艾爾教授表示：“蓋亞正在兌現其承諾：將其數據與地面光譜和星系模擬相結合，使我們能夠破譯銀河系的形成歷史。”
然後，團隊使用高級模擬來確認這一解釋。這些模型表明，當恆星形成急劇減少且較老的恆星向外遷移時，U形年齡模式自然形成，這強化了這一觀點，即這標誌著恆星形成盤的真正邊緣。
「在天文物理學中，我們使用在超級電腦上運行的模擬來識別我們在星系中觀察到的特徵的物理機制，」上海交通大學的合著者 João AS Amarante 博士解釋道。他補充說，在這項研究中，“我們展示了恆星遷移如何塑造圓盤的年齡輪廓，並使我們能夠確定恆星形成區域的終點。”
是什麼控制著星系恆星形成的極限？
儘管現在邊界的位置已經明確，但在這個距離恆星形成的原因尚不清楚。一種可能性是銀河系的中心棒，其重力會導致氣體在某些半徑處積聚。另一個是銀河系的外曲率，那裡的圓盤是傾斜的，可能會破壞恆星形成所需的條件。
雖然確切原因仍在調查中，但研究證實，U 形年齡模式是銀河系恆星形成極限的可靠指標。
期待未來的發現
即將進行的 4MOST 和 WEAVE 等調查將提供更詳細的觀測結果，幫助天文學家改進這些測量並更好地了解銀河系的結構。
這項研究也強調了測量恆星年齡如何成為研究銀河歷史的有力工具，這項曾經是一項重大挑戰。透過追蹤數十億年來恆星如何形成和移動，科學家可以更清楚地了解銀河係是如何形成的。
引號
「銀河系恆星形成盤的範圍長期以來一直是銀河考古學中的一個懸而未決的問題。透過繪製盤中恆星年齡如何變化的圖譜，我們現在有了一個明確的定量答案。」— Karl Fiteni 博士，Insubria 大學
「有了現在的數據，越來越準確的恆星年齡可以成為解碼銀河系故事的強大工具，開啟我們家鄉銀河系發現的新時代。」— 馬耳他大學 Joseph Caruana 教授
「蓋亞正在履行它的承諾：透過將其數據與地面光譜和星系模擬相結合，它使我們能夠破解銀河系的形成歷史。」— 日內瓦大學 Laurent Eyer 博士
「關於外盤中恆星的一個關鍵點是，它們有接近圓形的軌道，這意味著它們一定是在盤中形成的。它們不是被衛星星系塌縮分散到大半徑的恆星。」— 蘭開夏大學 Victor P. Debattista 教授
「在天文物理學中，我們使用在超級電腦上運行的模擬作為工具來識別負責創建我們在銀河係等星系中觀察到的特徵的物理機制。例如，在我們目前的研究中，這些模擬幫助我們展示了恆星遷移如何塑造星系的恆星年齡輪廓，使我們能夠識別上海交通恆星形成盤的邊緣。」—João AS Amarante 博士，上海交通大學
