新研究显示银河系中气体和金属组成与预期的不同

【本报讯】为了更好地了解银河系历史和演变，天文学家们正在研究构成我们银河系的气体和金属组成。 其中有三个主要元素非常突出：来自银河系外的初始气体、银河系内恒星之间的气体以及由这些气体中存在的金属凝结而成的灰尘。

到目前为止，理论模型假设这三种元素在整个银河系中是均匀混合的，并且达到了类似于太阳大气层的化学富集水平，称为太阳金属性。今天，来自日内瓦大学（UNIGE）的一个天文学家小组证明，这些气体并不像以前认为的那样混合，这对星系演变的理解有很大影响。因此，对银河系演变的模拟将不得不进行修改。这些研究结果已经发表在《自然》杂志上。

星系是由恒星的集合体组成，主要是由氢和一点氦组成的星系间介质气体凝结而成。这种气体并不像星系中的气体那样含有金属。尽管它们是气态的原子，但是在天文学中，所有比氦气重的化学元素被统称为"金属"。星系由从外部落入的“处女”气体提供燃料，这使它们重新焕发活力并允许新的恒星形成。 同时，恒星在其整个生命过程中燃烧构成它们的氢，并通过核聚变合成形成其他元素。

当一颗已经达到其生命终点的恒星爆炸时，它会排出它所产生的金属，如铁、锌、碳和硅，将这些元素输入银河系的气体中。这些原子随后可以凝结成尘埃，特别是在银河系中较冷、密度较大的地方。最初，当银河系形成时，即100多亿年前，它没有金属。然后恒星逐渐用它们产生的金属丰富了环境。当这种气体中的金属量达到太阳中的水平时，天文学家就会说到达了太阳金属性。

因此，构成银河系的环境汇集了恒星产生的金属、由这些金属形成的尘埃颗粒，以及经常进入银河系的外部气体。到目前为止，理论模型认为这三种元素是均匀混合的，在我们银河系的所有地方都达到了太阳系组分，在恒星更多的中心，金属性略有增加。现在，天文学家想用哈勃太空望远镜上的紫外光谱仪来详细观察这一点。

光谱学允许将来自恒星的光按其单独的颜色或频率分开，有点像用棱镜分光或在彩虹中观察到的效果。在这种分解的光线中，天文学家对吸收线特别感兴趣。当我们观察一颗恒星时，构成恒星气体的金属会以一种特有的方式，在一个特定的频率下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，而且可以说这是哪种金属，以及它的含量如何。

在25个小时里，科学家团队利用哈勃和智利的甚大望远镜（VLT）观察了25颗恒星的大气，同时开发了一种新的观测技术，通过同时观察铁、锌、钛、硅和氧等几种元素来考虑气体和尘埃的总成分，然后他们可以追踪尘埃中存在的金属数量，并将其添加到已经被先前的观测所量化的金属数量中，从而得到总数。

由于这种双重观察技术，天文学家们发现，不仅银河系的环境不均匀，而且所研究的一些地区的金属性只达到太阳系的10%。这一发现对设计关于星系形成和演化的理论模型起到了关键作用。从现在开始，我们将不得不通过提高分辨率来完善模拟，以便能够包括银河系不同位置这些金属性的变化。

这些结果对我们了解星系的演化，特别是我们自己星系的演化有很大影响。事实上，金属在恒星、宇宙尘埃、分子和行星的形成中起着根本性的作用。而且我们现在知道，今天新的恒星和行星可能是由成分非常不同的气体形成。