去年四月，阿米娜·赫尔米（Amina Helmi）在荷兰北部开车上班时感到鸡皮bump。它与天气无关，这纯属期待。就在几天前，欧洲航天局（ESA）的任务盖亚（Gaia）已发布了大量数据，该任务已经绘制了银河系五年。格罗宁根大学的天文学家和她的团队正在竞相梳理数据，以了解有关银河的见解，然后其他人才到达那里。
Helmi和她的同事们正努力前进，无法从兴奋中入睡，她感觉到自己正在努力。该团队发现了30,000个叛徒之星。与银河系主体中的其他物体以相对平坦的盘状轨道运行不同，这些不符合标准的人在向后移动的轨道上向后移动，这些轨道将它们带出银河系平面。
在数周之内，研究小组就得出结论，发光的部落指向银河系历史中一个长期隐藏且特别动荡的章节：年轻的银河系和一个巨大的同伴之间的融合。那只野兽曾经像绕着恒星的行星一样绕着银河系盘旋，但是大约在80亿到110亿年前，两者发生了碰撞，极大地改变了银河系盘并散布了越来越远的恒星。这是银河在呈现今天所见的熟悉的螺旋形状之前经历的最后一次重大坠毁。
尽管那起古老撞击的信号已经隐藏了数十亿年，但只有通过盖亚（Gaia）数据集，天文学家才能够发现它。Helmi说：“能够在银河系的历史中找到如此重要的里程碑真是令人难以置信。”
由于盖亚（Gaia），此类重大发现几乎变得司空见惯。该任务旨在对超过10亿颗本地恒星进行分类，并绘制其亮度，温度，年龄，位置和速度的图表。对于天文学家而言，正是这最后两个特性特别令人着迷：在盖亚之前，科学家们缺乏对到许多恒星的距离以及所谓的适当运动或恒星在天空中运动的高精度测量。使用这些关键信息，研究人员可以像Helmi和她的同事所做的那样，寻找在共同的轨迹上共同指向共同历史的物体组。恒星的速度还可以帮助天文学家追踪暗物质的影响。暗物质是构成银河系大部分物质的隐形且仍然神秘的物质，并通过其引力使恒星的路径弯曲。
自2018年4月Gaia数据发布以来，已经发表了数百篇论文。他们描绘了银河系的照片，它比以前想象的要动态和复杂得多。银河充满了惊喜，包括暗物质团块的暗示，这些团块最终可能使科学家更好地掌握阴影物质的特性。英国剑桥大学的天文学家瓦西里·贝卢库洛夫（Vasily Belokurov）说，早期的，易于发现的发现已经发生了变化，但是它们只是对即将发生的事情的一瞥：“我们看到银河系已经发生了明显的变化。”
破坏性的过去
太阳系位于银河的郊区，距银河中心约8,000帕秒（26,000光年），位于一个称为Orion的辅助螺旋臂上。正是从这个高处，看着夜空中延伸的巨大星空带，天文学家必须绘制出银河系的结构图。到了20世纪中叶，他们画了一幅大画刷，确定银河系的恒星分布在中央凸起中，由蜿蜒的恒星臂包裹着，并被薄而球形的光环包围。在1970年代和1980年代，研究人员推论出这种结构是如何建立的，其结构是从数十亿年的暗物质，气体和尘埃云开始的。可见的成分坍塌成盘状结构，然后吞噬较小的卫星星系，从而扩大了体积。天文学家后来通过使用地面望远镜重复拍摄整个夜空来填充细节。这样的调查使科学家能够更仔细地观察大型恒星物体，例如恒星晕，在那里他们发现了小小的星系的残余物，这些残余物已经被伸展成星云密布的碎片流。
但是基于地面的调查仅向天文学家提供了有关银河系结构的大量信息，这主要是因为来自地球湍流大气的模糊限制了如何精确地确定与恒星的距离。而且，尽管可以通过颜色的变化来测量恒星移入或移出地球的速度，但要理清它们的正确运动（因此它们的全3D速度）还是很困难的，因为大多数物体在人类时间尺度上在天空中移动得很少。这个问题掩盖了许多恒星之间的联系，而这些联系可能会因它们的运动相似而揭示出来。
大约2000万英镑（8.44亿美元）的盖亚飞行任务于2000年获得批准，并于13年后启动，旨在填补这些空白。该航天器绕太阳公转的距离比地球略远，它从轨道的不同位置捕捉相同的恒星。这使得天文学家可以通过称为星视差的量来测量距离，即伴随着视角变化的物体在天空中的视在位置的无穷小位移。1989年至1993年之间运行的ESA Hipparcos卫星收集了类似的视差数据。但是Gaia的精度最终将提高100倍。而且由于它的灵敏性，它可以深入银河系：它观测到的超过10亿颗恒星中，有99％的距离从未精确确定。
盖亚研究人员在一项计算密集型工作中，绘制了望远镜观察到的每颗恒星相对于其他每颗恒星的位置图。这使团队能够测量恒星似乎在天空中以多快的速度运动？然后，通过测量恒星颜色的微小变化，天文学家可以指示物体沿着其视线朝向或远离卫星移动的速度。两次测量的结合，再加上从盖亚（Gaia）计算得出的距离，可以提供恒星的完整3D运动。盖亚（Gaia）可以测量看到的最亮恒星的视线运动，但是地面望远镜将有助于测量剩余的恒星。了解每颗恒星的位置以及去向，可以使研究人员迅速找出隐藏的银河系历史。
赫尔米（Helmi）和她的同事们调查了古代的碰撞就是这种情况（参见“银河早期形成阶段的黑格尔”）。在他们的工作中，新墨西哥地面Sloan数字天空调查（SDSS）的数据证实了他们发现的恒星群具有共同的起源，这表明该集合体的成员都具有相似的化学成分。该团队为矮星系选择了Gaia-Enceladus这个名字，该星系被认为是恒星的故乡。土卫二是希腊神话中盖亚的后裔。
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碰巧的是，Belokurov和他的同事还利用2016年Gaia初步数据发布中的信息找到了碰撞的证据。这些数据不包括适当的运动读数，但是通过将数据集中的恒星位置与大约十年前进行的SDSS观测进行比较，研究小组可以看到恒星在此期间是如何运动的。他们注意到有一组物体在偏心轨道上一起移动，这些物体最终应将它们从银河系中心带到郊区。这些似乎源于一次重大的空难，由于金属含量的相似性，它们的共同历史显而易见。由于绘制的速度形成了香肠的形状，因此研究小组将其称为古老的矮星系，曾经是恒星盖亚香肠2的所在地。
双重命名在社区中引起了一些混乱。但是，不管罪魁祸首是什么，古老的合并可能是一个持久的银河之谜的线索。星系盘具有两个成分-薄的内盘包含气体，尘埃和年轻的恒星，就像奥利奥的填充物一样，位于厚的外盘中，几乎完全由较旧的恒星组成。天文学家一直在争论是否首先出现了厚盘，然后是气体和尘埃然后凝结形成了一个更薄的核，还是结构开始于一个薄盘，然后又将其部分鼓起。由于盖亚-土卫二-香肠在撞击期间是银河系大小的很大一部分，因此它将在银河系盘中沉积大量能量，从而对其进行加热和扩展。赫尔米（Helmi）小组认为这是支持膨胀情况的标志，并且是银河系发生戏剧性扭曲的证据。
知识爆炸
利用Gaia数据进行如此先前难以理解的洞察力的速度令研究人员震惊。纽约哥伦比亚大学的天文学家凯瑟琳·约翰斯顿（Kathryn Johnston）回忆起4月份数据发布后第二天发布的一篇论文的嗡嗡声，该论文展示了太阳附近大约600万颗恒星的运动如何以类似于蜗牛壳的特殊螺旋形排列3。 。
约翰斯顿说，这种模式似乎是一个指纹，上面印有一个名为射手座的小型卫星星系。射手座每次俯冲时，都会在重力作用下扰动银河系恒星，这会在盘上产生摆动和波纹。研究人员此前曾猜测过这种烙印，但盖亚数据中的特征似乎是射手座影响力的第一个清晰而引人注目的信号。约翰斯顿说：“或者我那真是令人震惊的时刻。”螺旋很干净。它看起来像是来自理想化仿真的理论预测，而不是真实的数据图。
多亏了盖亚（Gaia）的眼睛，这样的困扰不但引人注目，而且还讲述了关于银河系的另一个故事。此前，大多数天文学家都认为，尽管银河系的外光环已经经历了与较小卫星的混乱碰撞历史，但大部分卫星却过着相当安静的生活。诸如旋臂和被认为可以越过中央凸起的星条之类的特征通常被视为银河内部动力学的产物。但是，似乎由射手座引起的摆动表明，外力对银河系的影响比以前所认识的更大。
新泽西州普林斯顿大学的天体物理学家Adrian Price-Whelan说，盖亚（Gaia）迫使研究人员重新考虑一些用于简化模型的规范假设。他补充说：“知道那些假设是错误的。”“淕aia现在向我们展示了他们有多错误。”？/ p>
绘制阴暗面
绘制银河系的发光物体还可以照亮暗物质，暗物质可能占银河系质量的90％。理论家怀疑我们的银河系位于一个巨大的，大致球形的暗物质光环中，该暗物质与普通物质一样，由于重力而聚集成较小的结构。宇宙学模拟表明，成千上万个大型暗物质团块围绕银河运行，偶尔被中心的大量暗物质吞噬，其过程类似于银河系消耗其小型可见卫星的过程。
绝大多数暗物质子结构被认为不含或几乎没有恒星，因此很难检测到。但是盖亚（Gaia）可能在GD-1中发现了一颗，这是2006年发现的一长串恒星，延伸到北部天空的一半。如此恒星般的审查并不陌生，但盖亚（Gaia）使马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理学中心的Price-Whelan和天文学家Ana Bonaca更加自信地挑选了该小组的真正成员4。去年11月，他们和另外两名同事确定了结构特征，包括明显的差距，这可能是约5亿年前与巨大物体相遇的伤痕5。当推定的扰动者加速奔流而过时，它可能会通过引力拉动某些恒星而使其分离，从而使它们领先于同伴。
Bonaca说，最可能的罪魁祸首似乎是一个密密麻麻的暗团，大约是太阳质量的100万到1亿倍之间。该估计值可能对暗物质的物理模型有影响。较暗的粒子质量有助于决定其移动的速度，并进而决定其易于形成的簇的大小。Bonaca说，GD-1扰动器的大小在一个有趣的范围内，可以消除质量相对较低的假设暗物质候选物。
Bonaca和她的团队现在对使用Gaia数据确定流中受扰星的速度感兴趣，这可能指向假定的暗物质团块的轨道。如果他们能够确定今天在哪里可以找到它，他们也许能够检测到它对其他材料的引力作用。或者，他们可以在现场训练纬线望远镜，以寻找暗物质粒子相互ni灭或衰减的，可能发射高能光子的过程的证据。每种技术都可以提供对隐形物质物理性质的更直接的探究。
然而，Price-Whelan说，很难从一个例子中推断太多。他希望使用盖亚目录和未来的观测站进行的系统研究（例如预计在2020年代初开始收集数据的智利地面大型天气观测望远镜）将揭示暗淡的恒星和其他恒星流。如果这些流中的某些流也显示出与暗物质团块相遇的影响，它们可以使天文学家更好地了解此类星团的丰度和大小，这将有助于确定暗物质的性质。
天文学家希望盖亚关于恒星运动的数据也能帮助他们绘制出银河系暗面的一般形状。银河系的暗物质晕可能会根据其构建的粒子类型而具有不同程度的球形或对称性。Belokurov预计，来自盖亚（Gaia）的有关本地恒星轨道的信息将足以追踪下2英寸暗物质晕的整体质量和形状。年份。
这样的发现将仅限于银河系。关于银河历史和暗物质分布得出的结论将反馈到宇宙学模型中，该模型用于探索宇宙大型结构的生长和变化方式。盖亚（Gaia）已被授予首次任务扩展至2020年底，荷兰莱顿大学（Leiden University）的天文学家安东尼·布朗（Anthony Brown）担任任务数据处理和分析联盟的主席，他认为该卫星可以继续收集数据直到2024年。总共十年任务。他说，这一扩展将使Gaia当前跟踪的恒星正确运动的测量精度提高三分之二。它可以提供有关更遥远恒星的信息。
Gaia的终极遗产尚待编写，但所有迹象表明它将是实质性的。SDSS等全天候调查得出的数据在完成十年或更长时间后仍继续提供有关宇宙的丰硕发现。随着Gaia的目录越来越大，越来越详细，Helmi期待着进一步回顾银河的历史。她说：“我发现最令人兴奋的事情就是，我们才真正开始挖掘过去。”
自然565，284-286（2019）
