在巨大的麦哲伦星系中首次发现遥远的恒星

第三只手烈

艺术家对麦哲伦星系的再现。银河系最近的邻近星系——小麦哲伦星云和大麦哲伦星云——显示在插图的右侧。当这些星系向右移动时，气态麦哲伦流在它们身后翻滚，缠绕并延伸穿过南方的天空。该图还显示了在麦哲伦恒星流中发现的13颗红巨星。信用:非洲金融协会/梅丽莎·韦斯

（）据哈佛史密森天体物理中心（彼得·埃德蒙兹）：近50年来，天文学家在被称为麦哲伦星系的庞大结构中寻找恒星，却一无所获。麦哲伦流是一条巨大的气体带，横跨南半球的天空，直径接近300个月亮，跟在我们银河系最近的两个宇宙邻居麦哲伦云星系后面。

现在，寻星终于结束了。哈佛&史密森尼天体物理中心(CfA)的研究人员和同事们已经确定了13颗恒星，它们的距离、运动和化学组成正好位于神秘的恒星流中。

定位这些恒星现在已经确定了麦哲伦星系的真实距离，揭示了它从15万光年延伸到40多万光年。这些发现为以前所未有的细节绘制和模拟麦哲伦星系铺平了道路，为我们银河系及其邻居的历史和特征提供了新的见解。

“麦哲伦流主宰着南半球的天空，我们的工作终于找到了人们寻找了几十年的恒星结构，”CfA天文学和天体物理学博士生Vedant Chandra说，他是发表在《天体物理学杂志》上的一项新研究的第一作者。

“有了这些结果和更多类似的结果，我们希望对麦哲伦流和麦哲伦云的形成，以及它们过去和未来与我们银河系的相互作用有更多的了解，”合著者查理·康罗伊说，他是CfA的天文学教授，也是钱德拉的顾问。

大麦哲伦星云和小麦哲伦星云是银河系的矮卫星星系。这些肉眼可见的薄纱状发光体，自古以来就为人所知。随着越来越强大的望远镜的出现，这些望远镜能够感知我们肉眼看不到的微弱现象，天文学家在20世纪70年代初发现了一股巨大的氢气流，显然是从云层中散发出来的。

对麦哲伦星云内部气体的研究进一步表明，该星云有两条相互交织的细丝，每一条都来自于一个星云。这些特征表明，银河系的引力可能将麦哲伦流从云中拉了出来。然而，确切地说，这种物质流是如何形成的仍然很难确定，部分原因是它假定的恒星成分仍然难以辨认。

钱德拉通过2021年在CfA攻读博士学位时开始的一个雄心勃勃的项目解决了这个问题。钱德拉向康罗伊咨询了一些有趣的研究课题，康罗伊给钱德拉指出了银河系未知的前沿。点缀在银河系外围的稀少恒星很少被研究，因为我们的太阳系正好位于银河系本身的星盘上——类似于舞台附近的音乐会观众试图看到人群外围的某人。



盖亚空间天文台在“银河”坐标中观察到的恒星全天图，朝向银河系的中心。麦哲伦星系的中性氢气显示为蓝色，几乎覆盖了整个南方的天空。红色恒星表示钱德拉等人确定为麦哲伦星系成员的十三颗红巨星。鸣谢:红巨星:CfA/韦丹特·钱德拉/梅丽莎·维斯。全天视图:盖亚数据处理和分析联合会(DPAC)；a . Moitinho/a . f . Silva/m . Barros/c . Barata，葡萄牙里斯本大学；H. Savietto，葡萄牙Fork Research。麦哲伦流数据:D. Nidever等人，NRAO/AUI/国家科学基金会，莱顿-阿根廷-波恩调查；巴夏礼、韦斯特博克和阿雷西博天文台。

然而，在过去的十年里，由新仪器编制的深度观测星表——特别是欧洲航天局的盖亚航天器——已经开始发现可能就是这些难以捉摸的前沿恒星的恒星物体。随着智利拉斯坎帕纳斯天文台的6.5米麦哲伦巴德望远镜通过CfA和麻省理工学院获准使用，钱德拉开始了一个项目，对200颗遥远的银河系恒星进行光谱学研究，该项目完成后将成为迄今为止最大的样本集。

光谱学包括从一个物体收集足够的光，以检测印在光的色带内的特定信号，这些信号就像指纹一样，可以唯一地识别单个化学元素。因此，这些特征揭示了一个物体的化学组成，说明了它的起源。此外，信号会根据到一个物体的距离而变化，这使得天文学家能够判断一个物体，例如一颗恒星，将要去哪里，以及相应地它来自哪里。

在钱德拉的研究中，光谱分析揭示了一组13颗恒星，它们的距离和速度正好在麦哲伦星系的预期范围内。此外，这些恒星的化学丰度与麦哲伦星云相匹配，例如，明显缺乏天文学家称为金属的较重元素。“这13颗恒星正好从我们的数据集中掉了出来，”该研究的合著者、前CfA研究生、现为麻省理工学院哈勃博士后的Rohan Naidu说。

通过获得经过这些恒星的麦哲伦流的可靠距离和范围测量，研究人员支持其起源故事是银河系的引力抓取。与之前的估计相比，研究人员还能够以更高的可信度计算气流的总体气体分布。这一分布表明，这条河流的质量实际上是一般估计的两倍。

根据以前的观察，这个结果反过来预示着银河系充满新恒星形成的未来，因为该流正在积极地落入我们的星系。通过这种方式，这种气流成为制造新银河系恒星所需的冷中性气体的主要提供者。

“麦哲伦流是银河系恒星热量的主要来源——它是我们的早餐、午餐和晚餐，”该研究的合著者安娜·博纳卡说，她是CfA的前ITC博士后研究员，现在是卡内基天文台的科学家。“根据对麦哲伦星系的新的、更高的质量估计，银河系最终可能会比最初想象的重更多。”

对麦哲伦星系的进一步研究也将有助于天文学家了解更多关于我们星系的组成。因为该流被认为追踪了麦哲伦云过去的路径，通过该流模拟相对大质量的大麦哲伦云的演化将改善银河系质量分布的测量。

大部分质量以暗物质的形式存在——一种我们知之甚少的引力物质。在遥远的腹地更好地测量我们星系的质量，将有助于解释普通物质和暗物质的含量，限制后者的可能性质。

钱德拉说:“拥有像麦哲伦星系这样巨大的恒星流的美妙之处在于，我们现在可以用它进行如此多的天体物理学研究。”。“随着我们的光谱调查继续进行，我们发现了更多的恒星，我们很兴奋地看到银河系外围还为我们准备了什么惊喜。”