银河系周围的12条星流将帮助我们了解暗物质

图为银河系周围星流的概念图。星流指在银河系引力作用下被撕裂的小型星系与星团。

视频显示了此次发现的12条星流中各个恒星的3D位置。各点的颜色由所代表恒星的三维速率决定。

星流指在银河系引力作用下被撕裂的小型星系与星团。了解这些星流对天文学家至关重要。除了揭开将恒星牢牢控制在各自轨道上的暗物质之谜外，还能帮助我们弄清银河系的形成历史。我们从中了解到，银河系通过粉碎和吞噬较小的恒星系，已经稳定成长了数十亿年之久。

图为从银河系南极看去的12条星流的概念图。

多伦多大学教授、该论文第一作者李婷（音译）介绍道： “我们发现这些星流受到银河系的引力干扰，最终变成了银河系的一部分。这项研究让我们对银河系的‘捕食习惯’产生了一定的了解，比如银河系通常会‘吞食’哪一类恒星系等等。随着银河系年龄逐渐增长，身材也变得越来越臃肿。”

李婷教授和她带领的国际团队启动了一项名为“南半球星流光谱巡天调查”（简称S5）的专项研究，对这些星流的特性进行度量。该团队是第一批对如此大量的星流展开研究的科学家。他们利用位于澳大利亚的4米口径英澳望远镜测量星流中各个恒星的运动速度，就像抓超速的雷达测试仪一样，采用的都是多普勒红移原理。

此前的研究每次只关注一条星流，而此次研究则不然。“S5致力于对尽可能多的星流进行测速。而利用英澳望远镜的独特功能，我们可以非常高效地实现这一点。”该研究的共同作者、澳大利亚麦考瑞大学教授丹尼尔·扎克尔指出。

　　图为12条星流在天空中所处的位置。背景为欧空局盖亚任务绘制的银河系星图。由于英澳望远镜位于南半球，此次研究只能观测到南半球夜空中的星流。

星流的特性可以指明银河系中暗物质的存在。“这就像圣诞树一样，”另一名共同作者、悉尼大学教授杰伦特·F·路易斯指出，“在黑暗的夜晚，我们只能看见闪烁的圣诞灯光，却看不见这些灯光下面的树。但灯光可以勾勒出树木的形状。星流也是同理，它们的轨道可以揭露暗物质所在的位置。”

　　视频为10个球型星团在80亿年间受到的潮汐效应干扰。红色颗粒代表银河系中的暗物质，绿色颗粒代表受到干扰的球型星团。星团中的恒星沿着轨道形成了长长的星流。天文学家利用这些星流测量银河系中暗物质的质量分布，希望借此了解银河系通过吸积过程形成的历史。

除了测量星流速度外，天文学家还可以利用这些观测结果分析恒星的化学成分、以及判断它们的诞生地点。“星流可以由受到干扰的星系或星团产生。”该研究的共同作者、芝加哥大学教授亚历克斯·纪指出，“这两类星流可以从不同的角度、帮助我们了解暗物质的本质。”

李婷教授指出，这些观测结果对我们弄清银河系如何从大爆炸后的一片虚无中形成具有至关重要的意义。“对我而言，这是最最令人着迷的问题之一，与我们的终极起源相关。因此我们成立了S5项目，建立了一支国际合作团队来解决这个问题。”

　　该视频模拟了一个球型星团在80亿年内被逐渐拉长成星流的过程。红色颗粒代表银河系中的暗物质，绿色颗粒代表受到干扰的球型星团。在球型星团的引力作用下，靠近星团的恒星被拉成了S型。

欧空局盖亚探测器的观测结果是S5项目成功的关键要素之一。“盖亚探测器为我们提供了无比精细的恒星位置与运动信息，对我们确定星流组成起到了关键作用。”共同作者之一、爱丁堡大学观测天文学高级讲师谢尔盖·科波索夫博士指出。

李婷的团队计划在银河系中进一步开展星流测量工作。她对已经取得的这些成果十分满意。“接下来十年里还会开展大量针对星流的专项研究。在这场征程中，我们就是先驱者和探路人。想必会非常令人激动！”

此次研究结果已被美国天文学会《天体物理学期刊》接收、准备发表。