大約100億年前，銀河系——當時是一個較小的星系，不包含其當前的螺旋結構或瀰漫的周圍恆星暈——遭受了一次巨大的正面碰撞，震動了它的核心。
那時，我們星系的引力將一個質量約為其四分之一的小型伴星系拉入了一場危險的舞蹈：矮星系衝入並衝出銀河系盤面，來回振盪，直到最終被完全吞噬。儘管我們的星系倖存下來，但它再也沒有恢復原樣。這次碰撞打亂了其盤面中恆星的軌道，使其變得更加膨脹，並將外來恆星拋向銀河系周圍，從而構建了其大部分暈。這次撞擊還將新的氣體輸送到銀河系中心，增加了燃料，這些燃料與銀河系現有的儲備混合並融合，形成了新一代的恆星。
隨著時間的推移，矮星系逐漸消失，但其碰撞的傷疤從未真正消失——並非它們容易被發現。天文學家長期以來一直認為銀河系可能是由大量合併的矮星系發展而來的，但他們一直在努力揭示最大規模合併的跡象——直到今天。現在，一篇發表在《自然》雜誌上的新論文提供了證據——或者說是接近證據的東西。“這就像揭開化石或考古證據，瞭解星系是如何形成的，”加州大學爾灣分校的天文學家詹姆斯·布洛克說，他與這項新研究無關。
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該論文由荷蘭卡普坦天文研究所的天文學家阿米娜·赫爾米和她的同事共同撰寫，是繼期待已久的蓋亞第二次資料釋出之後湧現出的大量論文之一——蓋亞是歐洲航天局於2013年發射的航天器，旨在以前所未有的細節繪製天體圖。在其任務過程中，蓋亞以前所未有的精度確定了13億銀河系恆星的位置、運動、亮度和顏色，天文學家利用其資料在銀河系傳記中撰寫了新的、異常豐富的章節。
事實上，在今年4月第二個資料集釋出後，許多團隊瞥見了我們暴力歷史的蛛絲馬跡——記錄在顯得格格不入的恆星中。劍橋大學的天文學家瓦西里·貝洛庫羅夫領導一個團隊發現大量恆星與星系的自轉不同步運動，而是違反所有預期地向銀河系中心流去或遠離銀河系中心。另一位卡普坦天文學家海爾默·科普曼領導的一項研究發現銀河系暈中有一個“斑點”的恆星以與銀河系中大多數恆星相反的方向執行。巴黎天文臺的天文學家米沙·海伍德發現暈中存在化學丰度異常的快速移動恆星——這表明它們可能在銀河系外形成。“這真的只是冰山一角，”赫爾米說。儘管所有這些研究都將過去的碰撞歸咎於這些異常現象，但它們在碰撞發生的時間、衛星星系的質量以及該事件是否涉及單個大型矮星系或幾個較小的矮星系上存在分歧。哥倫比亞大學的天文學家凱瑟琳·約翰斯頓表示，另一方面，赫爾米的研究彙集了多條證據，描繪了迄今為止最引人注目的景象，她沒有參與這項工作。而且，它依賴於一次——但卻是大規模的——合併。
赫爾米和她的同事分析了銀河系暈中的50,000顆蓋亞恆星，發現其中33,000顆恆星具有相似的角動量，並且以與它們應該執行的方向相反的方向執行。“那時，很明顯這很奇怪，”她說。“星盤是有序的；你有1億顆恆星圍繞銀河系中心有序地運動。然後你有一些恆星決定朝相反的方向運動。這暗示著這些恆星不可能在銀河系中形成。”為了進一步檢驗這個假設，該團隊還分析了先前使用地面APOGEE恆星巡天研究的600顆恆星的化學成分。在每個星系中，由於恆星死亡和重生的迴圈，比氫和氦重的元素的丰度隨著時間的推移逐漸增加。但是，這種增加的確切模式對於每個星系都是特定的，就像指紋一樣。結合模擬潛在合併的模擬，蓋亞和APOGEE資料加強了這些恆星確實是外星入侵者的概念，表明它們起源於一個在100億年前停止形成恆星的單個大型矮星系——當時它被同類相食了。
該團隊將已故星系命名為“蓋亞-恩克拉多斯”，以紀念太空天文臺和希臘神話中的一個人物恩克拉多斯，他是一個巨人，據信被埋在埃特納火山下，並對該地區的地震負責。
如果這項研究是正確的，首先證實了理論家長期以來的想法：像銀河系這樣的星系透過吞噬許多較小的星系而發展到巨大的規模。“我們不知道銀河系是否經歷過任何合併，”赫爾米說。“當你看到另一個星系發生合併時，你永遠不知道這是否只是個別現象。因此，我們現在擁有資料，它確實告訴我們合併已經發生，並且對我們星系的歷史產生了重大影響——我認為這是證實我們認為星系透過合併建立起來的這種圖景的一個非常重要的步驟。”僅僅是確認本身就使許多天文學家進入了一種欣快狀態。
此外，這項研究還為新的研究途徑提供了前所未有的機會。儘管天文學家已經在遙遠宇宙的角落發現了正在合併的星系，但在銀河系中看到的碰撞——即使只是一個殘餘物——也提供了第一排座位，可以提供更多的答案。即使是我們最近的鄰居仙女座，也太遠了，無法對那裡的合併進行可靠的研究。“在近三百萬光年之外，我們永遠不會去仙女座居住或詳細研究它，”不列顛哥倫比亞省維多利亞大學的天文學家金·文恩說，她沒有參與這項研究。“這是我們唯一的機會。”有了這個機會，天文學家可能會更好地分析起作用的物理原理。以銀河系的螺旋星盤為例。該星盤由兩部分組成：一個較薄、緻密的區域，被一個較厚、更彌散的區域包圍——但沒有人知道厚星盤是如何產生的。儘管赫爾米指出，所討論的碰撞加熱並將薄星盤的一部分膨脹成厚星盤，但未來對碰撞的模擬將幫助天文學家更好地回答這個問題。
答案將進一步闡明這些星系殘骸。事實上，赫爾米希望利用銀河系的演化“就像一塊羅塞塔石碑”——更好地瞭解宇宙中星系是如何演化的，以及它們如何影響宇宙。文恩說，結果甚至可能幫助天文學家理解未來近在咫尺的碰撞，屆時仙女座星系將在大約40億年後直接撞擊銀河系。