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这幅艺术家的印象图展示了螺旋星系NGC1365与一个较小的星系碰撞并合并的场景。 梅利莎魏斯哈佛史密森尼天体物理中心

数十亿年前，一个年轻的螺旋星系开始在宇宙中一个拥挤的区域生长。它吸入气体和小型伴星系，慢慢形成了我们今天看到的明亮中心区域和舒展的旋臂。

在近期发表的一项新研究中，我和同事们利用这个星系的化学指纹，详细重建了它的生命历程。

天文学家想知道像我们银河系这样的螺旋星系是如何形成的，因为这些星系能为我们提供线索，让我们了解我们所依赖的元素（比如氧）是如何在漫长时间里产生并在宇宙中传播的。

太空考古学

就像考古学家有时会用土层切片来追溯时间、研究地球的自然历史一样，我们利用不同时期星系化学成分的数据切片，结合复杂的星系演化模型。这些数据共同帮助我们拼凑出它在漫长岁月中是如何形成和演化的。 （

这个名为NGC1365的星系，从宇宙尺度来看相对较近，并且因其倾斜角度，我们能正面看到它的螺旋盘。利用智利拉斯坎帕纳斯天文台的杜邦望远镜，我们绘制了数千个恒星形成气体云的氧气分布图。

随后，我们在约20000个模拟星系模型中进行搜索，找到了一个与NGC1365极为匹配的模型。在匹配模拟模型时，我们考虑了诸多因素，包括重元素（如氧）的丰度。我们利用该模型回溯了这个星系的历史，并预测了它可能如何随时间演化以及与其他星系合并的过程。

星系是在引力和暗物质将物质拉向其中心时形成的。

寻找重元素

重元素在恒星中形成，并在星系内的剧烈超新星爆发中释放。随着时间推移，这个过程会形成可追溯的记录，科学家可以在气体中寻找这些记录——就像考古学家在土层中寻找某些关键元素一样。

研究表明，星系中心通常最终富含重元素，而外围区域的重元素含量则较少。这种模式包含了关于恒星何时形成、气体如何进出以及星系与其他星系碰撞合并频率的线索。

对于星系NGC1365，我们发现其中心区域可能在其生命周期早期形成，并且很快变得富含氧气。然而，它的外盘增长得更慢。数十亿年来，该星系可能与较小的矮星系发生过碰撞，这些碰撞带来了新鲜的气体和恒星，帮助形成了外侧的旋臂。现在旋臂边缘的许多气体可能是在星系生命周期相对较晚的时候到达的。

我们的研究是首批在银河系之外使用这种详细的化学考古技术的研究之一。通过将新的超高分辨率观测结果与最先进的模拟直接结合，我们开辟了一种研究遥远星系如何在宇宙时间尺度上形成的新方法。

未回答的问题

我们可以利用模拟和观测数据重建NGC1365的历史。但一些细节仍不确定。气体流动和合并的不同组合有时会留下相似的化学模式。我们也还不知道NGC1365的生命历程对大型螺旋星系来说是否典型，或者它是否在某些我们尚不清楚的方面与众不同。

我们尚未揭示的几个关键问题包括：大多数螺旋星系是否像NGC1365那样早期形成中心、缓慢形成外盘？星系合并与气体流入对星系成长的贡献分别有多大？而或许最有趣的是，NGC1365的演化历史与我们银河系的相比有何不同？

相关知识

螺旋星系是宇宙中常见的星系类型之一，具有明显的旋臂结构，围绕中心核球旋转。它们形态优美，包含大量恒星、气体和尘埃，银河系就属于棒旋星系（螺旋星系的子类）。这类星系的旋臂区域通常是恒星形成活跃的地方，展现出宇宙的动态与生机，是天文学家研究星系演化的重要对象。

BY: Lisa Kewley

FY: AI

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