NASA韋伯與哈伯望遠鏡揭示銀河系形成遺跡的神秘歷史

研究人員利用人類最強大的兩座天文觀測站——NASA詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）與哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）——明確證實，Terzan 5並非過去所認定的球狀星團，從而為我們了解銀河系等星系如何形成與演化提供了全新視角。

一般球狀星團通常只包含單一的古老恆星族群。然而，最新資料不僅確認了Terzan 5中存在兩個截然不同的恆星族群，更發現了另外兩輪較近期的恆星形成活動。儘管Terzan 5位於銀河系擁擠的核球（bulge）——即星系中心由老年恆星組成的球形區域——之中，但它質量夠大，得以在數十億年前其他輕量系統擴散並融入核球時，仍保持獨立的身份。這就如同在均勻攪拌的蛋糕麵糊中，出現了一塊始終未被融化的結塊。

「韋伯的近紅外線新觀測資料與哈伯的歷史觀測資料相互驗證，讓我們對Terzan 5的歷史有了更清晰的認識，」研究領導者、義大利波隆那大學（University of Bologna）博士生Giorgia Zullo表示。

這項研究成果已於美國天文學會（American Astronomical Society）第248屆年會（於加州帕薩迪納舉行）的記者會上發表，並刊登於《天文學與天文物理學》（Astronomy & Astrophysics）期刊。

四個世代的恆星

Terzan 5由天文學家Azop Terzan於1968年發現，外觀上與球狀星團十分相似。然而，2009年科學家發現這個系統中存在兩個截然不同的恆星族群。2016年，哈伯望遠鏡首次估算出這兩個族群的年齡：一個約形成於125億年前（正值銀河系本身正在聚合之際），另一個約形成於47億年前（地球開始形成的稍早之前）。這指向了遠比典型球狀星團更複雜的演化歷史。

由於Terzan 5位於星場密集、塵埃嚴重遮蔽的銀河中心區域，研究工作極為困難——此時韋伯望遠鏡便發揮了關鍵作用。其紅外線觀測能力使研究團隊得以穿透塵埃，觀測並記錄比以往更多、更暗的恆星。透過測量恆星的顏色與亮度，天文學家可將它們依不同年齡與化學組成分類。

韋伯能夠對視野範圍內的每一顆恆星——無論是Terzan 5的成員星還是前景星——測量這些關鍵特性。為了篩選出真正屬於Terzan 5的恆星，研究團隊倚賴哈伯望遠鏡的強大能力與長期觀測紀錄。長達12年的觀測時間跨度，使團隊得以測量個別恆星的極微小位移（即自行運動），從而判斷哪些恆星屬於Terzan 5，哪些屬於銀河系核球。

結合韋伯與哈伯的觀測資料後，研究人員發現了另外兩個恆星族群存在的有力證據：一個形成於38億年前，另一個僅形成於25億年前。他們也以前所未有的精確度重新確認了原已知兩個族群的年齡，分別為125億年前與47億年前。

在只知道兩個世代恆星的情況下，天文學家無法排除Terzan 5曾與其他天體（如球狀星團或巨大分子雲）交互作用、獲得新的氣體塵埃而觸發第二輪恆星形成的可能性。但四個恆星世代的發現，使這些解釋都被排除在外。

在W. M. 凱克天文台（W. M. Keck Observatory）及歐洲南方天文台甚大望遠鏡（European Southern Observatory's Very Large Telescope）所進行的Terzan 5族群恆星組成測量，同樣指向非常明顯不同的族群。「除了這些族群的年齡之外，這個星團還保存了超新星逐步富集重元素的化石紀錄，」共同作者、加州大學洛杉磯分校（University of California, Los Angeles）研究天文學家R. Michael Rich表示。

Terzan 5之所以能形成多個世代的恆星，是因為它有足夠的能力保留必要的原料。有證據顯示Terzan 5曾發生強大的超新星爆炸，鍛造出更重的元素，這些元素隨後被後代恆星所吸收。在質量較輕的系統中，爆炸本身的衝擊力便足以將這些元素及殘餘的氣體塵埃噴射出去。而Terzan 5的前身體具有足夠的質量，得以留住那些恆星的噴射物，讓新一代恆星在數十億年間持續形成。

「核球化石碎片」

這項研究結果顯示，Terzan 5 極有可能是一個原本質量更大、在125億年前形成的龐大恆星系統的殘骸。Terzan 5的非凡之處在於它得以存活——從未與銀河系核球完全融合或「混入」其中。「基於某種原因，這個特殊的恆星團塊在核球本身形成的過程中，獨立形成且未遭摧毀，」波隆那大學教授、韋伯觀測計畫首席研究員Francesco R. Ferraro說道。「Terzan 5就是我們現在所稱的『核球化石碎片』，因為它酷似那些曾貢獻於核球形成的原始星雲團塊。」

目前已知與Terzan 5相似的宇宙天體僅有另外一個：Liller 1是第二個從球狀星團重新分類為核球化石碎片的天體，同樣包含多個世代的恆星。未來可能還有更多類似天體等待發現。Ferraro的研究團隊計畫檢視另外40至50個在核球內運行的球狀星團，以判斷它們的恆星族群是否全部相同（如典型球狀星團），或是具有多個世代（如核球化石碎片）。

對近遠處星系形成的潛在啟示

這項研究最終或許將深化我們對星系核球如何在數億年間形成的理解。「根據觀測與深入的模擬研究，我們認為早期宇宙中的星系擁有巨大的氣體盤，這些氣體盤碎裂成團塊並形成恆星。這些團塊向星系中心遷移，許多相互融合後形成核球，」共同作者、波隆那大學副教授Barbara Lanzoni表示。例如，韋伯望遠鏡在宇宙僅數億歲時就已發現多個「塊狀」星系正積極形成恆星，如「螢火蟲閃耀」（Firefly Sparkle）星系中的團塊。「Terzan 5或許能提供直接證據，幫助解釋整個宇宙中星系核球的形成方式，」Lanzoni說道。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是全球頂尖的太空科學觀測站。韋伯正解開我們太陽系的謎題，探索其他恆星周圍的遙遠世界，並深入探究宇宙的神秘結構與起源，以及我們在其中的位置。韋伯是由NASA主導的國際計畫，合作夥伴包括ESA（歐洲太空總署）與CSA（加拿大太空總署）。

哈伯太空望遠鏡已運行逾三十年，持續做出突破性發現，深刻塑造人類對宇宙的基本認識。哈伯是NASA與ESA（歐洲太空總署）的國際合作計畫，由馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達德太空飛行中心負責管理望遠鏡及任務運作，位於巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所（Space Telescope Science Institute）則為NASA執行哈伯科學任務。

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