银河系恒星摇篮的边界首被揭开

银河系的盘到底能延伸多远，这问题一直很难说清楚——它不是一下子就没了的，而是从边缘慢慢变淡的。最近，一个国际天文学家团队第一次通过研究恒星的年龄，找到了银河系恒星形成盘的边缘，结果发现咱们银河系里绝大多数的恒星形成都发生在离银心4万光年的范围内。

研究人员用了一种新方法，把明亮巨星的年龄分析和先进的星系演化电脑模拟结合起来。这种方法揭示了恒星年龄分布里的一个'U形'图案，从而精确指出了银河系恒星形成区域的边界。

该研究发表在《天文学与天体物理学》期刊上。

“银河系恒星形成盘的范围一直是星系考古学里一个没解决的问题。我们通过画一下盘面上恒星年龄的变化，现在得到了一个清清楚楚、有具体数字的答案。”论文第一作者、现在在因苏布里亚大学工作的卡尔·菲泰尼博士说。

从内向外搭建

星系并不是在整个盘面上均匀地造恒星。相反，它们是从中心向外一点点搭起来的。恒星形成一开始是在又密又挤的中心区域，然后几十亿年里慢慢往外扩，天文学家管这个叫‘由内向外’增长。这就意味着，一般来说，恒星离中心越远，岁数就越小，因为外盘是恒星形成最近才刚到达的地方。

研究揭示，在银河系中，恒星的平均年龄确实会随着远离中心而递减，这正是“由内向外增长”理论所预见的。然而，在距离银心约3.5万至4万光年处，这一趋势发生逆转；随着距离增加，恒星的平均年龄又开始增大。

这种逆转形成了一种特征性的“U形”年龄分布。通过将这一特征与最先进的星系模拟进行比较，研究团队表明，年龄最低点对应着恒星形成效率的急剧下降，从而确认了这是银河系恒星形成盘的真实边界。

“目前可用的数据让我们能用越来越精确的恒星年龄作为强大工具，来解读银河系的历史，开启了我们了解银河系的新篇章，”马耳他大学的约瑟夫·卡鲁阿纳教授（该研究的合作者及负责人）评论道。

为什么边界外还有恒星？

如果恒星形成在这个边界处突然减少，那为什么边界外还有恒星呢？答案是一种叫做“径向迁移”的过程——恒星借助横扫银河系的旋涡波，逐渐从其诞生地向外漂移。

就像冲浪者借着海浪冲向岸边一样，恒星也能搭乘银河系旋臂的“便车”，逐渐从其诞生地向外移动。

在这条边界之外，恒星主要是从形成的地方一路向外迁移到那里。由于迁移过程缓慢且随机，恒星在不同时间被不同的旋臂波捕获，因此它们需要越来越长的时间，才能到达恒星形成区域半径之外的更远处。这就形成了观测到的模式：超出年龄最小值的最远恒星是最古老的。

关键在于，这些恒星在接近圆形的轨道上运动，排除了它们因与其他星系碰撞而被甩到大半径位置的可能性。它们之所以在外盘中出现，仅仅是银河系内部动力学自身长期悄无声息累积的结果。

兰开夏大学研究的合著者兼共同指导教授维克托·P·德巴蒂斯塔教授解释说：“关于外盘恒星的关键点是，它们几乎在圆形轨道上运行，这意味着它们一定是在盘内形成的。这些恒星并非因坠入的卫星星系而散射到了大半径位置。”

绘制边界

研究团队利用来自光谱巡天LAMOST和APOGEE巡天的数据，结合盖亚卫星（这是一项雄心勃勃的银河系恒星测绘计划）的精确测量，分析了超过10万颗巨星。通过专注于在主盘内运行的恒星，他们从其他星系过程中分离出了由内向外增长的信号。

日内瓦大学的合著者洛朗·艾尔教授表示：“盖亚正在兑现承诺：将它的数据与地面光谱观测及星系模拟相结合，让我们能够解读银河系的形成历史。”

为了确认U形图案确实是高效恒星形成的真实边界，研究人员使用了最先进的星系模拟。这些模型显示，恒星年龄的最低点正好对应恒星形成效率的急剧下降，这说明我们观测到的图案离不开较老恒星向外迁移。

"在天体物理学里，我们靠超级计算机跑模拟，来找出星系中观测到那些特征背后的物理机制，"来自上海交通大学的合著者João A. S. Amarante博士解释道。他补充说："这些模拟让我们看清了恒星迁移是怎么改变盘面年龄分布的，也帮我们找到了恒星形成区到底在哪儿结束。"

为什么大部分恒星形成会在距离银心这么远的特定半径处突然大幅减少，到现在还不清楚。最值得怀疑的是银河系中央棒，其引力影响可能导致气体在某个半径处聚集，或者星系的外围翘曲，也就是盘面发生了弯曲，可能会扰乱恒星形成。

虽然确切的机制仍然未知，但研究证实了U形年龄分布是银河系恒星形成边界的明确信号。

未来展望

等下一代巡天项目（比如4MOST和WEAVE）上线后，会提供更详细的数据，天文学家们将能够改进这些测量，还有可能找出是哪些物理过程决定了银河系恒星形成盘的边界。

这项研究还发现，以前很难精确测量的恒星年龄，现在成了银河考古学的一把利器，让天文学家能搞清楚银河系在几十亿年里是怎么形成和演变的。

更多信息： Karl Fiteni等，《银河系恒星形成盘的边缘：来自“U型的”恒星年龄分布的证据》，Astronomy & Astrophysics（《天文学与天体物理学》） (2026). DOI: 10.1051/0004-6361/202558144

马耳他大学供稿

该报道最早来自Phys.org。