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银河系的恒星盘没有清晰的边缘。它不像一枚硬币那样到了边沿就断掉,而是越往外越稀薄

银河系的恒星盘没有清晰的边缘。它不像一枚硬币那样到了边沿就断掉,而是越往外越稀薄,渐渐消融在黑暗里。这给天文学家出了一道难题:一个没有明确边界的东西,你怎么量它的大小?

一个国际研究团队换了个思路,去测恒星的年龄。这一测,测出了一条意外的曲线,也把造星盘的边界锁定在了距银河系中心大约4万光年处。

和大多数星系一样,银河系从中心开始造星,然后逐步向外扩展,天文学家管这叫“由内向外”生长。中心区域最早开始造星,所以那里的恒星平均年龄最大。越往外走,造星活动开始得越晚,恒星也就越年轻。如果银河系严格遵循这个规律,恒星年龄应该从中心到边缘一路递减。

研究团队分析了超过10万颗巨星的数据,来源包括中国的LAMOST光谱巡天、美国的APOGEE光谱巡天,以及欧洲空间局盖亚卫星的精确测量。他们发现,从银河系中心向外,恒星的平均年龄确实在下降,完全符合预期。但到了距中心3.5万到4万光年的位置,趋势突然反转了:再往外,恒星反而开始变老。

画成图,这条曲线呈现出一个漂亮的U形。中心老,中间年轻,外围又老回去。

U形的最低点,也就是恒星平均年龄最小的那个位置,正是银河系造星效率骤然下降的地方。研究团队用超级计算机上运行的星系演化模拟验证了这一点:年龄最低点与造星效率的断崖式下跌精确吻合。4万光年,就是银河系造星工厂的边界。

那U形曲线的右半段怎么解释?既然在这条边界之外造星效率骤然下降,那里的恒星是从哪来的?

它们是一群缓慢的漂流者。银河系的旋臂像一道道扫过盘面的波,恒星可以搭上这些波,一点一点向外漂移。这个过程叫径向迁移。漂移是随机的,一颗恒星搭上不同的旋臂波,走走停停,要花很长时间才能移动到很远的地方。所以越外围的恒星,平均迁移时间越长,年龄也就越大。这完美解释了U形曲线右半段恒星年龄重新上升的原因。

一个关键细节排除了另一种可能性:这些外围恒星的轨道几乎是正圆的。如果它们是被某个撞进来的矮星系甩到外围的,轨道应该是拉长的椭圆。接近正圆的轨道说明它们就是在银河系盘面内土生土长,然后自己慢慢挪出去的。银河系外围那些孤零零的老恒星,不是外来入侵者,是离家最远的游子。

至于为什么造星效率偏偏在4万光年处断崖式下跌,目前还没有定论。嫌疑最大的有两个:一是银河系中心的棒状结构,它的引力可能导致气体在某个半径处聚集,从而抑制了外围的恒星形成;二是银河系盘面的外围翘曲,盘面在那里弯折,可能打乱了气体坍缩形成恒星的条件。

围墙之外几乎没有新的恒星诞生,只有那些年老的恒星,被旋臂的波浪一波波送往更远的虚空。

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图为根据盖亚卫星数据绘制的银河系侧视图,可以看到银河系盘面有明显的翘起,图源:ESA/Gaia/DPAC, Stefan Payne-Wardenaar

信源:University of Malta. "The edge of the Milky Way's star-forming disk revealed." Phys.org, edited by Sadie Harley, 21 Apr. 2026