天文學家最近理解球狀星團的動力學及演化取得重要突破，首次對銀河系 16 個球狀星團恆星族群 3D 運動學分析，深入描述球狀星團從形成至今長期演化特徵
論文發表於《天文與天體物理學》。
球狀星團年齡高達120億至130億年，幾乎可追溯至宇宙初期，是宇宙最早形成的系統之一，也是所有星系典型成員族群。這些球形且緻密的恆星聚集體通常含約100萬至200萬顆恆星，質量達數十萬個太陽，直徑僅約十光年，即便遙遠星系也能觀測到。由於球狀星團太古老，不僅有助驗證宇宙形成理論模型，也為研究星系形成、演化與元素豐度提供天然實驗室。儘管球狀星團研究逾百年，近期觀測結果顯示我們認識依然有限。理解球狀星團形成與早期演化背後的物理過程，已成為20~25年來天文學重要課題。
近20年研究意外發現，球狀星團含不只一種恆星族群。其一是原始族群，化學性質與銀河系其他恆星相似；另一種族群氦、氧、鈉和氮等輕元素異常豐度。這些族群之間的運動學差異成為理解這些古老結構形成和演化的關鍵。儘管已有大量觀測和理論模型試圖描述這些族群，然而形成機制仍不明確。
▲ 天文學家首次3D運動學分析16個球狀星團各恆星族群。（Source：ESA / Hubble-ESO-SDSS）
為探索球狀星團運動特徵，團隊用歐洲太空總署蓋亞望遠鏡（Gaia）和歐洲南方天文台甚大望遠鏡（VLT）觀測數據，結合太空與地面望遠鏡資料，構建專門分析球狀星團運動學的資料庫，首次提供銀河系16個球狀星團恆星運動的3D視角。分析顯示，不同輕元素豐度的恆星族群展現不同運動學特徵。詳細分析每個星團數千顆恆星運動，研究員發現不同族群恆星運動特性有顯著差異，化學成分異常的恆星公轉速度較快，並逐步從星團核心向外擴展。
這些運動學差異強度取決於球狀星團的動力學年齡。化學成分異常的恆星形成時更集中核心並公轉更快，與恆星系統的長期動力演化過程一致，顯示球狀星團經歷多次恆星形成事件。此結果為理解大質量恆星團的形成、演化過程及時間尺度提供重要資訊，並為球狀星團演化提供前所未有框架，有助揭示這些古老系統的形成及演化過程，並釐清起源的諸多複雜謎題。
- The first 3D view of the formation and evolution of globular clusters
（本文由 台北天文館 授權轉載；首圖來源：NASA）
