一项新的研究揭示了我们银河系圆盘周围弥漫的恒星云的真实形状。几十年来，天文学家一直认为这片恒星云——称为恒星晕——主要是球形的，就像一个沙滩球。现在，一个基于现代观测的新模型显示，恒星光环呈椭圆形且倾斜，很像刚踢过的足球。
本月发表在《天文学杂志》上的研究结果提供了对许多天体物理学学科领域的见解。例如，这些结果揭示了我们银河系的历史和银河系演化，同时也为正在进行的寻找被称为暗物质的神秘物质提供了线索。
“几十年来，普遍的假设是恒星晕或多或少是球形和各向同性的，或者在每个方向上都相同，”该研究的合著者、韩的导师、哈佛大学天文学教授查理康罗伊补充道。天体物理学中心。“我们现在知道，我们的银河系嵌入球形恒星体积的教科书图片必须被抛弃。”
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银河系的恒星晕是广义上称为银河晕的可见部分。这个银河晕由看不见的暗物质控制，暗物质的存在只能通过它施加的引力来测量。每个星系都有自己的暗物质光环。这些光环充当一种脚手架，普通的、可见的物质悬挂在上面。反过来，可见物质形成恒星和其他可观察到的星系结构。为了更好地了解星系如何形成和相互作用，以及暗物质的潜在性质，恒星晕因此是有价值的天体物理目标。
“恒星晕是银河晕的动态示踪剂，”韩说。“为了更多地了解一般的星系晕，尤其是我们自己星系的星系晕和历史，恒星晕是一个很好的起点。”
然而，长期以来，弄清银河系恒星晕的形状一直是天体物理学家的挑战，原因很简单，因为我们身处其中。恒星晕在我们太阳系所在的银河系充满恒星的平面上方和下方延伸了数十万光年。
“与外部星系不同，我们只是观察它们并测量它们的光晕，”韩说，“我们缺乏对我们自己星系光环的同样的空中、外部视角。”
使事情进一步复杂化的是，恒星晕已被证明非常分散，仅包含银河系所有恒星质量的大约百分之一。然而随着时间的推移，天文学家已经成功地识别出了这个光环中的数千颗恒星，这些恒星由于其独特的化学构成（可通过研究它们的星光来衡量）以及它们的距离和运动而与其他银河系恒星区分开来天空。通过这样的研究，天文学家已经意识到晕星的分布并不均匀。从那以后，目标一直是研究恒星密度过大的模式——在空间上表现为束状和流状——以找出恒星晕的最终起源。
CfA研究人员和同事的这项新研究利用了近年来收集的两个主要数据集，这些数据集以前所未有的方式探测了恒星光晕。
第一套来自盖亚，这是欧洲航天局于年发射的革命性航天器。盖亚一直在对银河系中数百万颗恒星的位置、运动和距离进行最精确的测量，包括附近的一些恒星晕恒星.
第二个数据集来自H3（高分辨率光环中的Hectochelle），这是一项在MMT进行的地面调查，位于亚利桑那州的FredLawrenceWhipple天文台，由CfA和亚利桑那大学合作完成。H3已经收集了数万颗距离太远而盖亚无法评估的晕恒星的详细观测结果。
将这些数据结合到一个灵活的模型中，该模型允许恒星光晕的形状从所有观测中出现，产生了明显的非球形光晕——足球形状与迄今为止的其他发现非常吻合。例如，该形状独立且强烈地符合关于银河系恒星晕形成的主要理论。
根据这个框架，当一个孤立的矮星系在7-亿年前与我们更大的星系相撞时，恒星晕就形成了。离开的矮星系被有趣地称为盖亚-香肠-土卫二（GSE），其中“盖亚”指的是上述航天器，“香肠”表示绘制盖亚数据时出现的图案，“土卫二”表示希腊神话中的巨人埋在山下——就像GSE被埋在银河系中一样。由于这次星系碰撞事件，矮星系被撕裂，其组成的恒星散落成一个分散的光晕。这样的起源故事解释了恒星晕恒星与在银河系中诞生和孕育的恒星天生不同的原因。
该研究的结果进一步记录了GSE和银河系在很久以前是如何相互作用的。足球形状——技术上称为三轴椭球体——反映了对恒星晕中两颗恒星堆积的观察。当GSE穿过银河系的两个轨道时，表面上形成了pileups。在这些轨道上，GSE会在所谓的远心点或更大引力吸引子（巨大的银河系）矮星系轨道的最远点处减速两次；这些停顿导致GSE恒星的额外脱落。同时，恒星晕的倾斜表明GSE以入射角而非直线进入银河系。
“恒星晕中恒星的倾斜和分布戏剧性地证实了我们的星系在7-亿年前与另一个较小的星系相撞，”康罗伊说。
值得注意的是，自从GSE与银河系碰撞以来已经过去了很长时间，以至于恒星晕恒星本来应该会动态地稳定成经典的、长期假设的球形。该团队表示，它们不太可能说明更广泛的银河系光环。这种以暗物质为主的结构本身可能是歪斜的，并且通过它的引力，同样使恒星晕保持不平衡。
“倾斜的恒星光晕强烈表明，下面的暗物质光晕也是倾斜的，”康罗伊说。“暗物质晕的倾斜可能会对我们在地球实验室中检测暗物质粒子的能力产生重大影响。”
康罗伊的后一点暗示了目前正在进行和计划中的多个暗物质探测器实验。如果天体物理学家能够判断暗物质在银河系中更集中的位置，这些探测器可能会增加捕捉到难以捉摸的暗物质相互作用的机会。当地球穿过银河系时，它会周期性地遇到这些密集和高速暗物质粒子区域，从而提高探测几率。
恒星晕最合理配置的发现将推动许多天体物理学研究向前发展，同时填补关于我们在宇宙中所处位置的基本细节。
