天文學家揭開了一個長達半個世紀之久的科學謎團，確定了與一對鄰近星系發出的宇宙氣體流相關的恆星。近五十年來，天文學家在尋找麥哲倫氣流中的恆星時一直一無所獲。麥哲倫氣流是一條巨大的氣體帶，橫跨南半球天空近300 個月球目視直徑，尾隨在麥哲倫雲星系之後，麥哲倫雲星係是我們銀河系最近的兩個宇宙鄰居。

藝術家描繪的麥哲倫恆星流。圖中右側顯示的是銀河系最近的鄰近星系–小麥哲倫雲和大麥哲倫雲。當這些星係向右移動時，氣態麥哲倫星流就會在它們身後湧動，交織在一起，橫跨南天。圖中也顯示了在麥哲倫恆星流中發現的13 顆紅巨星。圖片來源：CfA / Melissa Weiss

現在，這場漫長的恆星搜尋終於結束了。哈佛大學和史密森天文物理中心（CfA）的研究人員及其同事已經確定了13 顆恆星的位置，這些恆星的距離、運動和化學成分都將它們置於神秘的星流之中。

對這些恆星的定位現在已經確定了麥哲倫星流的真正距離，揭示了它從15萬光年延伸到40多萬光年的距離。這些發現為以前所未有的細節繪製麥哲倫星流地圖和建立麥哲倫星流模型鋪平了道路，為了解我們銀河系及其鄰居的歷史和特徵提供了新的視角。

「麥哲倫流主宰了南半球的天空，我們的工作終於發現了人們尋找了幾十年的恆星結構，”CfA天文學與天體物理學博士生、發表在《天體物理學雜誌》上的一項新研究報告的第一作者維丹特-錢德拉（Vedant Chandra）說。

「麥哲倫流和麥哲倫雲的形成，以及它們過去和未來與我們銀河系的相互作用，」共同作者、麥哲倫天文學教授、錢德拉的導師查理-康羅伊（Charlie Conroy）說，”有了這些結果和更多類似的結果，我們希望對麥哲倫流和麥哲倫雲的形成，以及它們過去和未來與我們銀河系的相互作用有更深入的了解。”

洞察麥哲倫雲

大麥哲倫雲和小麥哲倫雲是銀河系的矮小衛星星系。大麥哲倫雲和小麥哲倫雲是銀河系的矮小衛星星系，肉眼可以看到朦朧的亮光，自古以來就為人所知。隨著威力越來越大的望遠鏡的出現，天文學家們能夠感知到我們肉眼無法看到的微弱現象，他們在20 世紀70 年代初發現了一股巨大的氫氣流，顯然是從麥哲倫雲中噴射出來的。

對麥哲倫氣流內部氣體的研究進一步表明，麥哲倫氣流有兩條相互交織的細絲，每條細絲來自一個麥哲倫雲。這些特徵表明，銀河系的引力可能將麥哲倫流從雲中拉了出來。然而，麥哲倫流究竟是如何形成的一直難以確定，這在很大程度上是因為其假定的恆星成分仍然難以辨認。

解開恆星之謎

錢德拉是透過一個雄心勃勃的計畫來解決這個問題的，這個計畫始於2021年，當時他正在CfA攻讀博士學位。錢德拉向康羅伊諮詢了一些有趣的研究主題領域，康羅伊將錢德拉引向了銀河系這一未知領域。由於我們的太陽係正好位於銀河系本身的星盤中，因此對銀河系外圍的稀疏恆星研究甚少，這就好比音樂會上舞台附近的觀眾試圖看到人群外圍的某個人一樣。

不過，在過去的十年裡，新儀器編制的深度觀測星表–尤其是歐洲太空總署的蓋亞（Gaia）探測器已經開始窺探可能就是這些難以捉摸的前沿恆星的恆星天體。錢德拉望遠鏡透過CfA 和麻省理工學院訪問了智利拉斯坎帕納斯天文台的6.5 公尺麥哲倫巴德望遠鏡，並開展了一個對200 顆遙遠的銀河系恆星進行光譜分析的計畫。

麥哲倫星流的光譜分析

光譜學是指從天體中收集足夠的光線，以探測印刻在光線色帶中的某些特徵，這些特徵就像指紋一樣，可以唯一地識別單一化學元素。因此，這些特徵揭示了天體的化學構成，說明了它的起源。此外，這些特徵會根據天體的距離而變化，使天文學家能夠辨別天體（如恆星）的去向，以及相應的來源。

在錢德拉的研究中，光譜分析發現了一組13 顆恆星，它們的距離和速度剛好在麥哲倫星流的預期範圍內。更重要的是，這些恆星的化學豐度與麥哲倫雲相匹配，例如明顯缺乏天文學家稱為金屬的較重元素。這項研究的合著者、前CfA 研究生、現麻省理工學院哈伯博士後研究員羅漢-奈杜（Rohan Naidu）說：”這13 顆恆星就是從我們的數據集中掉出來的。”

研究人員透過這些恆星獲得了麥哲倫星流的可靠距離和範圍測量數據，從而證實了麥哲倫星流的起源是銀河系的引力攫取。此外，研究人員還能夠計算出麥哲倫流的整體氣體分佈，其可信度高於先前的估計。氣體分佈表明，星流的質量實際上是一般估計的兩倍。

這結果反過來又預示著銀河系未來將充滿新恆星的形成，因為根據先前的觀測，星流正在積極地墜入我們的銀河系。因此，銀河河流是製造銀河系新恆星所需的冷中性氣體的主要提供者。

銀河系研究的未來

「麥哲倫流是銀河系恆星熱量的主要來源–它是我們的早餐、午餐和晚餐，”這項研究的合著者、前CfA 的ITC 博士後研究員、現卡內基天文台（Carnegie Observatories）的參謀科學家安娜-博納卡（Ana Bonaca）說。”根據對麥哲倫星流新的、更高的質量估計，銀河系最終可能會比最初想像的還要胖。”

對麥哲倫流的進一步研究也有助於天文學家進一步了解銀河系的組成。由於麥哲倫流被認為可以追溯麥哲倫雲過去的軌跡，因此透過麥哲倫流來模擬質量相對較大的大麥哲倫雲的演變過程，將有助於改善銀河系質量分佈的測量。這些質量中的大部分是以暗物質的形式存在的–暗物質是一種鮮為人知的、具有引力的物質。更好地測量銀河系在其遙遠腹地的質量，將有助於計算普通物質和暗物質的含量，限制後者的可能特性。

錢德拉說：『擁有麥哲倫流這樣一個巨大恆星流的好處在於，我們現在可以利用它進行許多天文物理學研究。隨著我們的光譜勘測繼續進行，我們會發現更多的恆星，我們很高興看到銀河系外圍還能帶給我們什麼驚喜。”

參考文獻：《麥哲倫恆星流的發現遠至100 kpc》，作者：Vedant Chandra、Rohan P. Naidu、Charlie Conroy、Ana Bonaca、Dennis Zaritsky、Phillip A. Cargile、Nelson Caldwell、Benjamin D. Johnson、Jiwon Jesse Han和Yuan-Sen Ting，2023 年10 月13 日，《天文物理學報》。

DOI: 10.3847/1538-4357/acf7bf

編譯來源：ScitechDaily