國家天文台科研人員首次展示銀河系恆星盤_風聞

原創：牧夫天文

翻譯：陸寅楓

校譯：陳豔玲 田程偲 汪榮鑫 

編排：胡暖暖

原文鏈接：

1.https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/milky-way-warp-more-ways-than-one/

2.http://www.bao.ac.cn/xwzx/ttnews/201901/t20190131_5238151.html

近期，來自中國科學院國家天文台的天文學家們定位了銀盤中大量的明亮恆星，並發現銀河系並不是一個扁平的“盤”，而是呈略扭曲的形狀，而產生這種形狀的成因眾多。

目前被廣泛認可的銀河系形狀。左圖為俯視圖，右圖則是側視圖。

一説到銀河系，你會自然想象出一個怎樣的圖像呢？或許你想象的和上圖（左）差不多。不過，正所謂“橫看成嶺側成峯”，從側面看這些盤狀星系的話又完全是另一番景象。首先，它們的厚度與它們的寬度相比實在是太小了，比例就如一張圓形的薄餅一樣（上圖左）。現在，請想象你將這張薄餅甩向空中，你看到的將不再是一張扁平的薄餅，而是略帶扭曲——盤狀星系中有很大一部分便呈這種形狀，而我們的銀河系可能便是其中一員。

著名的草帽星系（M104），其形狀扁平而獨特，是不少天文台、天文愛好者必定拍攝的目標。Credit：Wikipedia

1957年，無線電波段的觀測首次揭露出銀河系中氫氣——恆星形成的主要原材料——分佈的扭曲。從那時起，天文學家在其他數據中也隱約看到了這個扭曲的體現，包括銀河系中的脈衝信號、我們鄰近的恆星、甚至是到處漂浮着的宇宙塵埃。

最近，中國科學院的陳孝鈿和他的研究團隊精準地定位了三分之二的銀盤中分佈的亮星，並藉此將銀盤的扭曲以精妙的細節繪製了出來。研究結果發表在期刊《自然·天文》中。

螺旋星系ESO

510-13有着非常明顯的扭曲。我們銀河系的扭曲要比這個微妙一些。當然，我們難以弄清銀河系真正面貌的原因正如蘇軾所説：“不識廬山真面目，只緣身在此山中。”Credit: Hubble Heritage Team (STScl/AURA)/C. Conselice(U. Wisconsin/STScl) et al./NASA

扭曲的銀盤

三年前，陳孝鈿開始了尋找造父變星的工作。造父變星是一種巨星，它們的質量可達太陽的二十倍，亮度可達太陽的十萬倍。當他們接近其壽命的終點時，他們會變得不再穩定，亮度開始規律地脈動，脈動的週期與其光度有着很強的直接關聯性。這使得它們對天文學家來説相當重要，因為通過它們便能可靠地測量距離。也正因為這個原因，天文學家一直在嘗試搜尋更多的造父變星。

因為造父變星巨大而燃燒速率又快，所以它們通常能在最近有恆星形成的地方被發現。陳孝鈿最開始也希望能通過它們來繪製銀河旋臂的構造。但是當他標出數千顆造父變星的位置後，他意識到他看到的並不是旋臂，而是銀盤的扭曲。

宇宙中所有星系中的至少一半是存在一定程度的扭曲的，但是導致扭曲的原因尚不明確。與衞星星系的引力作用是導致扭曲的一大可能因素：例如麥哲倫雲，它們與銀河系足夠接近並能扭曲我們的銀盤。許久以前其他矮星系與銀河系的融合也是另一可能因素——現在在銀盤附近“居無定所”，時進時出的恆星便是來自當年與銀河系融合的矮星系。除此之外還存在着其他多種解釋理論：星系間的磁場作用、由大量恆星誕生和死亡產生的“星際風”、銀盤與周圍籠罩的銀暈間的錯位等。

換句話説，我們現在缺的並不是解釋該現象的理論，而是數據。

繪製銀河系的地圖

陳孝鈿從廣域紅外線巡天探測衞星(Widefield Infrared Survey Explorer, WISE)和其他一些可見光巡天的數據目錄中挑選出了1339顆造父變星。儘管許多造父變星在可見光波段就能輕易被找到，紅外線讓天文學家能夠“透視”塵埃瀰漫的恆星形成區域。

一張只標註了造父變星的銀河地圖。其中，藍色點為在可見光波段探測到的造父變星，紅色點則是在紅外線波段探測到的。圖中有一個黑色的三角形，標註了太陽的位置。貫穿地圖的黑色實線則為軌道交點線，通過其可以更好地數學地描述扭曲的形狀。Credit: X. Chen et al., Nature Astronomy, 2019 Feb 4

通過這些造父變星，陳孝鈿繪製了一個半徑為65000光年的扭曲的銀盤（作為比較，太陽距銀心26000光年）。它的形狀看上去就像是一個搞砸了的輪拋陶器：一邊被向上拉扯，而另一邊則對稱地向下垂着。因為這些造父變星的距離相當明確，所以陳孝鈿和他的團隊可以使用數學模型精準地繪製出這個形狀。

通過分析這個模型，研究人員認為銀河系的形狀在多力拉扯下保持着平衡。在半徑50000光年（也就是説銀河系的主體部分）之內，較內側的銀盤拉扯着較外側的銀盤，並致使其變形向內彎曲。而在50000光年之外，其他因素影響着銀盤的形狀，“最有可能的便是周圍的矮星系，或是銀盤與銀暈間錯位的角動量”，陳孝鈿説。

現在的銀河系地圖主要展現了太陽系這半邊的星系，但是紅外線巡天將會繼續搜尋另一半邊的造父變星。屆時，天文學家將能夠繪製出完整的銀盤形狀，並通過其更好地理解銀河系的結構和它的歷史。

轉動視角下的銀河地圖

『天文時刻』 牧夫出品

微信號：astronomycn

探測器們迄今造訪過的小行星

原圖鏈接：

http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Hera/ESA_plans_mission_to_smallest_asteroid_ever_visited