测量银河系年龄的新方法

时光毁灭记忆、已成空白 提交于 2019-12-15 01:26:38

像宇宙中的许多其他旋涡星系一样,银河系由两个盘状结构组成—薄盘和厚盘。覆盖薄盘的厚盘包含约20%的银河系恒星,并且根据其恒星的组成(具有更大的金属性)和更膨松的性质,被认为是这对银河系中年龄较大的恒星。

但是,在最近的一项研究中,由来自澳大利亚ARC全方位三重天体物理学卓越中心(ASTRO-3D)的研究人员带领的38名科学家团队,使用了现已退休的开普勒任务数据来测量银河系盘中的地震。据此,他们修改了对银河系厚盘年龄的官方估计,他们得出的结论是大约有100亿年的历史。

这项研究描述了他们的发现,题为“ K2-HERMES调查:厚盘的年龄和金属性 ”,最近发表在《皇家天文学会月刊》上。该研究小组由悉尼天文研究所的Sanjib Sharma博士和ARC三维全方位天体物理学卓越中心(ASTRO-3D)领导,成员来自多所大学和研究机构。

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画家对银河系的印象,展示了厚薄的碟片。图片来源:NASA / JPL Caltech / R.Hurt / SSC

为了确定厚磁盘的寿命,Sharma博士及其团队采用了一种称为星震学的方法。这包括测量由地震引起的恒星振荡,其中恒星的地壳经历类似于地震的突变。这个过程使研究人员可以进行“银河考古”,从而可以追溯到银河系的形成(超过130亿年前)。

正如新南威尔士大学副教授,该研究的合著者丹尼斯·斯特洛(Dennis Stello)解释的那样,这使他们能够确定恒星的内部结构:

地震在恒星内部产生声波,使它们响起或振动。产生的频率告诉我们有关恒星内部特性(包括年龄)的信息。这有点像通过听小提琴将其声音识别为斯特拉迪瓦里小提琴。”

重要的是要注意,天文学家无法检测到恒星产生的实际“声音”。取而代之的是,根据恒星亮度的变化来测量恒星内部的运动。此前,天文学家注意到开普勒任务的观测结果与银河系结构模型不符-该模型预测厚盘将拥有更多的低质量恒星。

直到现在,还不清楚这种差异是由于银河模型的不准确性还是由于恒星选择标准的问题。Sharma和他的同事使用来自K2任务的新数据,发现它是前者。基本上,以前的银河模型假定厚盘由低质量,低金属性恒星组成。

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艺术家关于地震使中子星表面破裂的构想。图片来源:LANL的Darlene McElroy

但是,夏尔马博士和他的团队使用K2任务数据进行了新的光谱分析,确定合并到现有模型中的化学成分是不正确的,从而导致对其年龄的估算不准确。考虑到这一点,夏尔马博士和他的团队能够将星震数据与银河模型预测的结果保持一致。如Sharma博士所述:

“这一发现消除了一个谜团……关于圆盘中恒星年龄分布的早期数据与描述该圆盘的模型并不吻合,但是没人知道该数据或模型中的错误所在。现在我们很确定已经找到了。”

自2009年发射以来,开普勒任务收集的数据表明,厚盘中的年轻恒星比模型预测的要多得多。尽管它并非主要用于进行天文考古学,但其测量恒星亮度变化(显然是由于行星过渡所致)的能力非常适合用于测量恒星。

夏尔马说:“恒星只是充满气体的球形仪器,但它们的振动很小,因此我们必须非常仔细地观察。” 开普勒(Kepler)进行的精美亮度测量非常理想。望远镜是如此灵敏,以至于当跳蚤从车头上穿过时,它能够检测到汽车前灯的变暗。”

这些发现表明,即使在2013年其两个反作用轮发生故障后,开普勒仍然能够在K2战役中进行有价值的观察。这项研究的结果也强烈表明了星震学的分析能力及其估计恒星年龄的能力。随着科学家继续倾注该特派团在2018年11月停止运营之前获得的数据,预计会有更多启示。

对这些数据的分析将与美国国家航空航天局(NASA)的过渡系外行星测量卫星(TESS)收集的新信息结合在一起,该卫星是开普勒的精神继任者,在开普勒退休前仅七个月就进入了太空。这些信息将进一步改善盘中更多恒星的年龄估计,并帮助天文学家更多地了解银河系的形成和演化。

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