银河系为什么是个盘状（星震学方法重新估测银河系厚盘年龄）

简介：银河系由薄盘和厚盘两个盘状结构组成，ASTRO-3D通过星震学方法（即地震在恒星内部产生声波根据其所引起的震动频率推断年龄信息，无法探测恒星声波，故而通过测量其亮度变化来收集信息）研究推测厚盘约有100亿年的历史。

图源：nationalgeographic

像宇宙中其他许多的螺旋星系一样，银河系由两种盘状结构组成——薄盘和厚盘。厚盘包裹着薄盘，包含了银河系中约20%的恒星。厚盘中恒星的元素组成中金属丰度更大，物质也更松散，因此科学家认为它的年龄比薄盘更老。

然而，在一项研究中，由澳大利亚ARC三维全天空天体物理学人才中心（ASTRO-3D）的研究人员领导的38名科学家团队，使用现已退役的开普勒任务的数据来测算银盘中的星震。由此，他们修正了原本对于银河系厚盘年龄的估计，得出的结论大约是100亿年。

这项研究描述了他们的发现，题为“K2-HERMES调查：厚盘的年龄和金属丰度”，发表在《皇家天文学会月报》上。该研究小组由悉尼天文研究所和ARC全天空天体物理人才中心的桑贾比·沙玛博士领导，成员来自多所大学和研究机构。

银河系艺术图，显示了厚盘和薄盘

图源：NASA/JPL

加州理工学院／R.赫特／SSC

为了确定厚盘的年龄，沙玛博士和他的团队采用了一种名叫星震学的方法，测量由星震引起的恒星振动。在星震时，恒星的外壳会发生类似地震的突然摇晃。这一过程使研究人员可以进行“银河考古”，回顾银河系超过130亿年前的形成过程。

新南威尔士大学的副教授、这项研究的合作者丹尼斯·斯特洛解释说，这使他们能够确定恒星的内部结构：

震动在恒星内部产生声波，使它们发出响声或振动。其产生的频率告诉我们这些恒星的内部属性，包括它们的年龄。这有点像通过听发岀的声音来确定一把小提琴是不是斯特拉迪瓦里小提琴。

图源：esa

值得注意的是，天文学家无法探测到恒星产生的实际“声音”，而是根据恒星亮度的变化来测量恒星内部的运动。天文学家之前已经注意到，开普勒任务的观测结果与银河系结构模型并不一致——该模型预测，厚盘中会有更多的低质量恒星。

到目前为止，还不清楚这种差异的来源是银河模型的不准确，还是恒星选择标准的问题。利用K2任务的新数据，沙玛和他的同事们发现问题来源于前者。基本上，之前的星系模型倾向于假设厚盘中充满了低质量、低金属丰度的恒星。

由星震而表面开裂的中子星艺术图

图源：达琳·麦克尔罗伊，NANL

然而，利用K2任务的数据进行了一次新的光谱分析后，沙玛博士和他的团队认为，现有模型中包含的恒星元素成分并不正确，导致了对恒星年龄的估算并不准确。考虑到这一点后，沙玛博士和他的团队就能够使星震数据与调整后的银河模型的预测相一致。沙玛博士解释说：

“这一发现解开了一个谜团……早期关于盘内恒星年龄分布的数据与为描述它而建立的模型并不一致，但是没有人知道错误在哪里——在数据里还是在模型里。现在我们很确定我们找到了。”

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更多。虽然它本不是用来进行天文考古学，但它测量恒星亮度变化（表面上是由于行星凌日）的能力非常适合测量星震。

图源：cbsnews

“恒星只是充满气体的球体，但它们的振动很小，所以我们必须观察得非常仔细，”沙玛说。“开普勒所进行的精确亮度测量非常理想。这台望远镜非常灵敏，即使是一只跳蚤从汽车前灯上走过，它也能探测到灯光变暗的情况。”

这些发现表明，即使在2013年两个反应轮失灵之后，开普勒望远镜仍然能够进行有价值的观测，作为K2项目的一部分。这项研究的结果也有力地证明了星震学的分析能力及估计恒星年龄的能力。在2018年11月望远镜停止运行之前，科学家们将继续研究其所获得的数据，预计会有更多的结果发布。

对这些数据的分析将与NASA的凌日系外行星调查卫星（TESS）收集的新信息结合起来——TESS是开普勒望远镜的精神继承者，在开普勒退役前7个月进入太空。这些信息将进一步提高盘内更多恒星年龄估计的精确度，并帮助天文学家更加了解银河系形成和演化的过程。

图源：wallpapercave

作者：Matt Williams

FY：Alkaid虞

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