星系考古學──尋找銀河化石

作者： 撰文／強斯敦（ Kathryn V. Johnston ）翻譯／李沃龍 | 科學人雜誌 – 2015 年 1 月 9 日

早期的銀河系曾吞噬許多小型的星系，那些殘留的痕跡正為我們星系的演化提供鮮明的線索。

重點提要

■當矮星系繞著銀河系運行時，銀河系的重力會緩緩把它撕裂成狹長的尾巴，稱為恆星流。星系考古學家利用這些已故星系的「化石」，來研究我們星系的歷史。 
■天文學家於 2003 年在銀河系周圍首度發現這種長條狀的恆星流，至今已找到大約 12 道這樣的結構。分析這些恆星流的資料，顯示銀河系就像理論所描述，藉著不斷吞食較小的星系而逐漸成長。 
■未來研究恆星軌道與化學特性後，將能揭露那些早已分解的恆星流成份。最終，星系考古學不僅能釐清我們星系的歷史，更能揭露一般星系隨時間演化的方式。

在黑暗清朗的夜晚，從遠離城市絢爛燈火的郊外抬頭仰望，你將看到拱懸於頭頂上的銀河系正閃閃發亮。 400 多年前，伽利略首度把望遠鏡朝向這幅壯麗景象，發現那倒懸的「牛奶」（ Milky Way ）其實是無數的個別恆星，由於發光微弱而無法以肉眼區分。天文學家又經歷了三個世紀後，才確信我們星系（銀河系）只是宇宙中數十億個星系之一。

事實上，銀河系並非單一星系：最近研究證實，銀河系曾經吸引並吞噬許多較小的星系，把它們的恆星整合成銀河系的一份子。目前已知至少有 20 個大小介於銀河系百萬分之一到百分之一的矮星系，正繞著銀河系運行，另外可能還有 10 幾個類似的星系尚未發現。科學家認為，現今的衛星星系只是那些較小星系的一小部份，其他部份則在很久之前就受重力吸引而捲入我們星系，進而合併、融入其中。我們星系在體型較小的年輕時代就已吞食其他星系，持續至今，現今的衛星星系終有完全被吞沒的一天。

在那些較小星系崩毀之後許久，這些銀河系重力的受害者仍留下橫跨天際的微弱「恆星流」（ star stream ）。過去 15 年間，星系考古學（ galactic archaeology ）這門嶄新的研究領域已發現許多道恆星流。透過研究我們星系過去的這些「化石」，星系考古學家正拼湊出我們星系歷史的真相，並學習其他螺旋星系如何興起並演化的知識。

理論上，我們應同時從星系的內部與外部來研究星系，但目前我們對於銀河系無法做到此事。不過我們在銀河系內具有可近距離觀測的優勢，讓我們獲得許多無法從外部檢視其他星系而得知的詳盡資訊。

星系考古學這個新興領域讓我們對銀河系與其他年輕星系成長的過程有所認識。發現許多消逝已久的衛星星系所遺留的恆星流，逐步證實了所謂的「階式結構形成理論」：我們星系初始時體型較小，藉由大量吞嚥物質增加質量而壯大。雖然關於此理論的許多細節仍不明朗，但我們正緩步而堅定地寫下銀河系的傳記。