天体物理学家利用“太空考古学”来追溯螺旋星系的历史
天体物理学家利用“太空考古学”来追溯螺旋星系的历史。图片来源：Shutterstock
（神秘的地球uux.cn）据《对话》（丽莎·凯利）：数十亿年前，一个年轻的螺旋星系开始在宇宙中一个拥挤的区域生长。它吸引了气体和小型伴星系，慢慢构建了明亮的中心区域和我们今天看到的螺旋臂。
在2026年3月发表的一项新研究中，我和同事们利用该星系的化学指纹详细重建了其生命故事。
天文学家希望了解像我们银河系这样的螺旋星系是如何形成的，因为这些星系可以为我们提供关于我们依赖的元素（如氧气）如何被创造并在空间中传播的线索。
太空考古学
就像考古学家有时用地球切片来倒转时钟、研究地球自然历史一样，我们也利用了不同时间段银河系化学成分的数据切片，以及复杂的星系演化模型。这些数据帮助我们拼凑出它在120亿年间的形成和生长过程。
这个星系被称为NGC 1365，从宇宙角度看相对较近，并且倾斜，使我们正面看到它的螺旋盘。利用智利拉斯坎帕纳斯天文台的杜邦望远镜，我们绘制了数千个恒星形成气体云中的氧气分布图。
随后我们对大约2万个模型星系进行了模拟，找到了一个与NGC 1365非常匹配的星系。我们在匹配模拟时考察了许多因素，包括重元素的丰度，包括氧气。我们利用该模型倒带了银河系的历史，预测它如何随时间增长并与其他星系合并。
寻找重元素
重元素在恒星中锻造，并在星系内通过强力超新星爆炸释放。随着时间推移，这一过程积累了可追溯的记录，科学家可以在气体中寻找——就像考古学家在土壤层中寻找某些关键元素一样。
研究表明，星系中心通常富含重元素，而外围区域则较少。这种模式提供了关于恒星形成时间、气体如何进出以及星系碰撞和与其他星系合并的频率的线索。
对于NGC 1365星系，我们发现其中心区域很可能在其生命周期早期形成，并迅速富含氧气。然而，其外盘生长较慢。数十亿年间，银河系很可能与较小的矮星系碰撞，这些矮星系带来了新鲜气体和恒星，帮助构建了外螺旋臂。现在螺旋臂边缘的许多气体很可能是在银河系生命的较晚期到达的。
我们的研究是首批在银河系之外使用如此详细的“化学考古”技术的。通过将新的超精细分辨率观测直接与最先进的模拟相结合，我们开辟了研究遥远星系在宇宙时间中组装方式的新途径。
未解之谜
我们可以利用模拟和观测数据重建NGC 1365的历史。但有些细节仍不确定。不同的气体流动和融合组合有时会留下相似的化学模式。我们也尚不清楚NGC 1365的生活故事是否典型于大型螺旋星系，还是在某些方面异常，而我们尚未清楚。
我们还未发现的一些关键问题包括：大多数螺旋星系是否像NGC 1365那样，其中心构建较早，外盘则较慢？星系合并与气体流入对星系增长贡献有多大？也许最有趣的是，NGC 1365的历史与我们银河系的历史相比如何？
