星震學方法重新估測銀河系厚盤年齡

像宇宙中其他許多的螺旋星系一樣，銀河系由兩種盤狀結構組成——薄盤和厚盤。厚盤包裹着薄盤，包含了銀河系中約20%的恆星。厚盤中恆星的元素組成中金屬丰度更大，物質也更鬆散，因此科學家認為它的年齡比薄盤更老。

然而，在一項研究中，由澳大利亞ARC三維全天空天體物理學人才中心（ASTRO-3D）的研究人員領導的38名科學家團隊，使用現已退役的開普勒任務的數據來測算銀盤中的星震。由此，他們修正了原本對於銀河系厚盤年齡的估計，得出的結論大約是100億年。

這項研究描述了他們的發現，題為“K2-HERMES調查：厚盤的年齡和金屬丰度”，發表在《皇家天文學會月報》上。該研究小組由悉尼天文研究所和ARC全天空天體物理人才中心的桑賈比·沙瑪博士領導，成員來自多所大學和研究機構。

銀河系藝術圖，顯示了厚盤和薄盤

加州理工學院／R.赫特／SSC

為了確定厚盤的年齡，沙瑪博士和他的團隊採用了一種名叫星震學的方法，測量由星震引起的恆星振動。在星震時，恆星的外殼會發生類似地震的突然搖晃。這一過程使研究人員可以進行“銀河考古”，回顧銀河系超過130億年前的形成過程。

新南威爾士大學的副教授、這項研究的合作者丹尼斯·斯特洛解釋説，這使他們能夠確定恆星的內部結構：

震動在恆星內部產生聲波，使它們發出響聲或振動。其產生的頻率告訴我們這些恆星的內部屬性，包括它們的年齡。這有點像通過聽發岀的聲音來確定一把小提琴是不是斯特拉迪瓦里小提琴。

值得注意的是，天文學家無法探測到恆星產生的實際“聲音”，而是根據恆星亮度的變化來測量恆星內部的運動。天文學家之前已經注意到，開普勒任務的觀測結果與銀河系結構模型並不一致——該模型預測，厚盤中會有更多的低質量恆星。

到目前為止，還不清楚這種差異的來源是銀河模型的不準確，還是恆星選擇標準的問題。利用K2任務的新數據，沙瑪和他的同事們發現問題來源於前者。基本上，之前的星系模型傾向於假設厚盤中充滿了低質量、低金屬丰度的恆星。

由星震而表面開裂的中子星藝術圖

然而，利用K2任務的數據進行了一次新的光譜分析後，沙瑪博士和他的團隊認為，現有模型中包含的恆星元素成分並不正確，導致了對恆星年齡的估算並不準確。考慮到這一點後，沙瑪博士和他的團隊就能夠使星震數據與調整後的銀河模型的預測相一致。沙瑪博士解釋説：

“這一發現解開了一個謎團……早期關於盤內恆星年齡分佈的數據與為描述它而建立的模型並不一致，但是沒有人知道錯誤在哪裏——在數據裏還是在模型裏。現在我們很確定我們找到了。”

自2009年發射以來，開普勒任務收集的數據表明，厚盤中的年輕恆星比模型預測的更多。雖然它本不是用來進行天文考古學，但它測量恆星亮度變化（表面上是由於行星凌日）的能力非常適合測量星震。

“恆星只是充滿氣體的球體，但它們的振動很小，所以我們必須觀察得非常仔細，”沙瑪説。“開普勒所進行的精確亮度測量非常理想。這台望遠鏡非常靈敏，即使是一隻跳蚤從汽車前燈上走過，它也能探測到燈光變暗的情況。”

這些發現表明，即使在2013年兩個反應輪失靈之後，開普勒望遠鏡仍然能夠進行有價值的觀測，作為K2項目的一部分。這項研究的結果也有力地證明了星震學的分析能力及估計恆星年齡的能力。在2018年11月望遠鏡停止運行之前，科學家們將繼續研究其所獲得的數據，預計會有更多的結果發佈。

對這些數據的分析將與NASA的凌日系外行星調查衞星（TESS）收集的新信息結合起來——TESS是開普勒望遠鏡的精神繼承者，在開普勒退役前7個月進入太空。這些信息將進一步提高盤內更多恆星年齡估計的精確度，並幫助天文學家更加了解銀河系形成和演化的過程。

FY：Alkaid虞