银河系中气体和金属不是均匀混合的 一种观察总金属丰度的新方法

　　UNIGE 的天文学家观察了我们银河系中气体的组成，并表明，与迄今为止建立的模型相反，它们不是均匀混合的。

　　天文学家正在研究构成我们银河系重要组成部分的气体和金属的成分，仅仅是为了为了更好地了解银河系的历史和演化。三个主要元素脱颖而出：来自我们银河系外的初始气体、我们银河系内恒星之间的气体——富含化学元素——以及这种气体中存在的金属冷凝产生的尘埃。到目前为止，理论模型假设这三种元素在整个银河系中均匀混合，并达到类似于太阳大气的化学富集水平，称为太阳金属丰度。

　　但是，日内瓦大学（UNIGE）的一个天文学家团队证明，这些气体并没有像以前想象的那样混合，这对目前对星系演化的理解产生了强烈的影响。因此，必须修改对银河系演化的模拟。

　　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，这种气体不含金属——在天文学中，所有比氦重的化学元素统称为“金属”，尽管它们是气态的原子。

　　“星系由从外部落入的‘原始’气体提供燃料，这使它们恢复活力并允许形成新的恒星，”UNIGE 科学学院天文学系教授、该论文的第一作者 Annalisa De Cia 解释说。并在这个时候，恒星在其整个生命周期中燃烧构成它们的氢，并通过核合成形成其他元素。

　　当一颗在生命的尽头的恒星爆炸时，它会排出它所产生的金属，如铁、锌、碳和硅，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。”研究人员继续说道。天文学家就会谈到太阳金属丰度的条件是，当这种气体中的金属含量达到太阳中存在的水平时。

　　因此，构成银河系的环境将恒星产生的金属、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气体聚集在一起。

　　索邦大学巴黎天体物理研究所的研究员帕特里克·佩蒂特让解释说:“到目前为止，理论模型认为这三种元素是均匀混合的，并到达了我们银河系各处的太阳成分，中心的金属性略有增加，那里的恒星数量更多。”"我们想用哈勃太空望远镜上的紫外摄谱仪详细观察这一现象。”

　　光谱学允许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。在这种分解的光中，天文学家对吸收线特别感兴趣：“当我们观察一颗恒星时，构成恒星和我们之间气体的金属以一种特有的方式，以特定的频率吸收了非常小的一部分光线，这不仅让我们能够识别它们的存在，还能说出这是哪种金属，以及它有多丰。”

　　开发了一种观察总金属丰度的新方法

　　在25个小时的时间里，科学家团队使用哈勃和智利的超大型望远镜(VLT)观测了25颗恒星的大气。问题在哪里？尽管灰尘中含有金属，但用这些分光镜无法计数。安娜丽莎·德·西亚的团队因此开发了一种新的观察技术。这位日内瓦研究员解释说:“它包括通过同时观察铁、锌、钛、硅和氧等几种元素来考虑气体和灰尘的总成分。“然后，我们可以追踪灰尘中存在的金属数量，并将其与之前的观察已经量化的数量相加，以获得总数。”

　　由于这种双重观测技术，天文学家发现不仅银河系的环境不均匀，而且一些研究区域的金属丰度仅为太阳的 10％。“这一发现在星系形成和演化的理论模型设计中发挥了关键作用，”UNIGE 天文学系研究员 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模拟，以便我们可以包括银河系不同位置金属丰度的这些变化。”

　　这些结果对我们对星系演化的理解，特别是我们自己的理解产生了重大影响。事实上，金属在恒星、宇宙尘埃、分子和行星的形成中起着重要作用。我们现在知道，今天可以由成分非常不同的气体形成新的恒星和行星。