超级计算机的最新影像将解答银河系棒状结构的年龄

图说：超级电脑ATERUI II最新的运算结果，模拟一个与我们银河系相似的螺旋星系，可以观察到星系中心的棒状结构。 图片来源：日本国立天文台

这状观的星系是我们的银河系！ 不过这并非真实拍到的照片，而是来自于日本国立天文台（NAOJ）的超级电脑ATERUI II最新的模拟结果，你更可以观赏精彩的模拟星系自转影片，虽然影片中星系的自转看似非常快速，但其实影片中的每一秒钟相当约一亿年的时间！ 藉由超级电脑产出的模拟结果，天文学家可以和现在，甚至是未来的太空望远镜观测结果相比较，将会进一步阐明我们银河系的构造和演化。

受限于我们所有的天文观测位置都只能在太阳系之内，天文学家将实际观测影像与模拟结果比对，对我们的银河系已经有相当的了解。 我们知道银河系是一个外观是盘状的螺旋星系，有2条或4条的旋臂，而在中心区域则有一个棒状结构与外围的旋臂连结。 而在中心区域附近、棒状结构比较厚的地方还有一个像花生状的隆起，在银河中心区域的上下两侧还有另一个称为「核球」状隆起的构造。 由观测结果发现，有些螺旋星系也具有类似的两种隆起构造。

图说：银河系中心的棒状构造。 图片来源：日本国立天文台天文物理计算中心CfCA

就像吃了太多的人会在意自己肚子是不是隆起来了，天文学家也很好奇银河系的中心区域为什么有两种不同的隆起。 为了回答这个问题，日本国立天文台的马场淳一与他的团队使用了当今在天文模拟最强的的超级计算机ATERUI II来模拟，这也是当今最完整、最精确的模拟结果，不仅包括银河系中的恒星、星际云气与暗物质，还详细考虑气体中新恒星的诞生和超新星的死亡造成的影响。

目前的研究显示，在星系中心的棒状结构有助于将气体导引至星系的中心部分，并且触发新的恒星诞生。 因此可以假设银河中心的核球就是由这些诞生在此处的新恒星所产生的构造。 但超级计算机的模拟却不支持这种假设，由于棒状结构导引气体太过有效，在核球之外的棒状位置几乎没有新的恒星诞生，因此导引气体并不是棒状位置产生第二处花生状隆起的原因。 研究团队发现，这种花生状隆起的结构反而是一部分恒星受到重力作用改变轨道至银河盘面的上方和下方所产生的。

图说：超级计算机模拟螺旋星系中的棒状结构如何产生，由左至右分别为10亿年、15亿年、25亿年与35亿年。 图片来源：日本国立天文台天文物理计算中心CfCA

这个模拟结果最令天文学家兴奋的，就是它是有机会藉由观测验证的。 由于模式显示棒状构造中的花生状隆起并不是新生恒星造成的，这些恒星一定是早在棒状结构出现前就已经诞生了。 而在棒状结构出现后，气体的传输触发了核球区域的新生恒星，因此花生状隆起的恒星将比核球区域的恒星更加年老，比较两者将可以判断银河系中心的棒状结构出现的时间点。 详细研究结果可以参考论文（马场淳一等，2022）。

藉由欧洲太空总署的GAIA任务和日本未来的JASMINE计划所得到的银河系中巨量的恒星精确年龄与运动的资料，天文学家将有机会验证这项模拟结果是否正确，更有机会确认银河系中心棒状结构的形成年龄。 （编译/谢翔宇）

资料来源： 日本国立天文台

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