银河系星际物质分布变化剧烈令科学家困惑

　　银河系的演化历史一直是天文学中的重要议题。其中星际物质是银河系的一个重要组成部分，尤其是星际物质中的气体和金属成分。

　　目前科学家认为，星际物质主要有三个来源：一个是来自我们银河系外部的原始气体；一个是我们银河系内部恒星之间的富含金属元素的气体；以及由恒星间气体中存在的金属成分冷凝产生的尘埃。天文学中金属成分泛指非氢元素和氦元素的任何元素。

　　目前的理论认为，这三种成分在整个银河系中均匀混合，并达到类似于太阳大气的化学成分分布，称为太阳金属丰度。

　　然而根据日内瓦大学（UNIGE）领导的一个研究团队表明，这三种成分在银河系中分布并非均匀，而是有巨大的分布变化。这项新研究对目前星系演化理论有重大影响，必须大幅修改对银河系演化的认知。

　　星系由一系列恒星组成，是由主要由氢和少量氦组成的星系际介质的气体冷凝形成的。与星系中的气体不同，星系际气体几乎不含金属成分。

　　“星系由从外部落入的原始气体提供燃料，这使它们非常活跃并允许形成新的恒星。”日内瓦大学天文学教授、该论文的第一作者安娜丽莎·德·西亚（Annalisa De Cia）解释说。

　　新形成的恒星在其整个生命周期中燃烧构成它们的氢，并通过核聚变形成其它元素。当恒星最终死亡爆炸时，爆炸会释放恒星所产生的金属，如铁、锌、碳和硅等元素，并将这些元素输送到星系的气体中。然后这些原子可以凝结成尘埃，尤其是在银河系中较冷、较密集的部分。

　　“最初，当银河系在 100 亿多年前形成时，它没有金属。然后恒星逐渐用它们产生的金属丰富了环境，”研究团队解释说。

　　因此，银河系的环境中就存在恒星产生的金属、由这些金属形成的尘埃粒子，以及来自银河系外定期进入的星系际气体。

　　“直到现在，理论模型都认为这三种元素是均匀混合的，并在我们银河系的大部分区域都达到了类似太阳的金属丰度，只有银河系中心的金属丰度略有增加，因为那里的恒星更多。” 巴黎天体物理学研究所、索邦大学的研究员帕特里克·佩蒂让（Patrick Petitjean）解释说，“我们想使用哈勃太空望远镜上的紫外线光谱仪详细观察这一点。”

　　光谱仪可以将恒星发出的光按其各自的颜色或频率分开，有点像棱镜或彩虹。在这种分解光中，天文学家对吸收谱线特别感兴趣。

　　“当我们观察一颗恒星时，构成恒星与我们之间气体的金属元素以一种特有的方式，以特定频率吸收非常小的一部分光，这使我们不仅可以识别它们的存在，还可以说明它是哪种金属，以及它的含量有多高。”佩蒂让继续说道。

　　在25小时内，科学家团队使用哈勃望远镜和智利的超大望远镜（VLT）观察了25颗恒星的大气。然而用这些光谱仪无法观测星际尘埃，即使它含有金属。 研究团队因此开发了一种新的观测技术。

　　“它涉及通过同时观察铁、锌、钛、硅和氧等多种元素来考虑气体和尘埃的总成分，”研究团队解释说，“然后我们可以追踪尘埃中存在的金属数量，并将其添加到之前观察到的已经量化的数量中以获得总数。”

　　利用这种新观测技术，天文学家发现，不仅银河系的环境不均匀，而且某些研究区域的金属丰度仅达到太阳金属丰度的10%。

　　这与现有的星系演化理论大相径庭。然而，科学家并不清楚这种剧烈变化的星际物质分布到底意味着什么。

　　“这一发现在星系形成和演化的理论模型中非常关键，”日内瓦大学天文学研究员延斯-克里斯蒂安·克罗盖格（Jens-Kristian Krogager）说，“从现在开始，我们将不得不通过提高分辨率来完善理论模拟，从而考虑银河系不同位置金属丰度的这些变化。”

　　这些结果星系演化尤其是银河系的演化离论有重要影响。事实上，金属元素在恒星、星际尘埃、分子和行星的形成中都起着重要作用。 科学家们猜测，银河系中新形成的恒星和行星可能和我们熟悉的太阳系有巨大区别。

　　由此可见，要想了解宇宙的奥秘就得拓宽思维，不能被眼前看到的一点点表象束缚自己的观念。

　　这项新研究发表在2021年9月8日的《自然》杂志上。