天文學家將類銀河系盤狀星系稱為“巧克力碎餅乾”

【環球網科技綜合報道】10月27日消息，記者從中科院官網瞭解到，近日，中國科學院上海天文台和紫金山天文台提出了新的、定量的星系結構模型，將類似銀河系的一般盤狀星系的幾何結構描繪成“巧克力碎餅乾”（Chocolate Chips Cookie）。星系中的老年恆星及其間的彌散星系介質構成“餅乾”的主要成分，而呈團塊狀分佈的恆星形成區域則構成了顏色較暗的“巧克力碎”。這項研究定量分析了盤狀星系在不同視線方向上的觀測特徵，為盤狀星系中的恆星及塵埃的空間分佈提供全局性的幾何分佈模型，併為完整描述盤狀星系中塵埃的輻射轉移過程奠定基礎。

10月21日，相關研究成果於發表在《天體物理期刊》（The Astrophysical Journal）上。

據介紹，宇宙中大部分星系都經歷了上百億年的恆星形成和演化過程。對大部分星系來説，它們雖然已過恆星形成最熾烈的“壯年期”，但至今仍然在持續不斷地形成新的恆星。新的恆星在低温的氣體雲中誕生，產生的熾熱輻射將周圍的部分氣體電離，使天文學家可通過電離氣體的閃光追蹤其誕生區域。在星系的演化歷程中，一代代恆星在核聚變中產生各種重元素。這些重元素在冷的氣體雲中通過複雜的物理和化學反應逐漸形成了固體小顆粒——天文學家稱之為“塵埃”。這些塵埃構成了人類眼中的大千世界，更由於它們對星光的吸收、散射和再輻射使星系在不同的電磁波段呈現完全不同的風貌。

聯合科研團隊在局域模型基礎上構建了新的盤狀星系的整體結構模型——“巧克力碎餅乾”模型。科研人員通過該模型的分析發現，老年恆星及其中瀰漫的星際介質構成了餅乾的主體，而其中內嵌的巧克力碎片則形象地描繪了新的恆星誕生區域。這些新的恆星尚未完全脱離其母體星雲，其外圍星雲中的塵埃仍對星雲內部的輻射產生了顯著吸收，使這些恆星形成區域看上去就像顏色較深的“巧克力碎”。

由於觀測者只能看到星系某個角度的圖像，因而對於一般的盤狀星系這樣的整塊“餅乾”，難點在於準確地給出其中“巧克力碎”即新生恆星區域的含量和分佈特徵。科研人員在近鄰宇宙的大樣本星系中選擇了一組與銀河系質量相當的盤狀星系作為研究對象。這些星系的盤面相對於觀測者來説具有隨機的指向，在某種程度上，等價為從各個不同的角度對一個銀河系這樣的典型星系進行了全方位觀測。基於帶着“宇宙學原理”特色的想法，科研人員建立了定量的“巧克力碎餅乾”模型，可復現盤狀星系中的塵埃在不同觀測角度上對老年恆星和年輕恆星區域所產生的不同觀測效應。在該模型中，對於銀河系這樣的典型盤狀星系來説，其恆星形成區（“巧克力碎”）的盤面厚度僅為老年恆星分佈（“餅乾主體”）的一半，但在其徑向上的延展程度卻高出60%。

該研究提出的模型可在統計上解釋盤狀星系由塵埃消光引起的各觀測特徵外，並可預言它們的典型物理特徵，從而可以和銀河系這樣的典型盤狀星系的細緻觀測結果進行比較。例如，通過對模型的細緻分析，發現在像銀河系這樣的盤狀星系‘餅乾’中，約存在一萬個左右能夠看得見的‘巧克力碎’。基於模型的理論分析和銀河系中對恆星形成區域及相應年輕星團的觀測結果具有一致性。

據悉，該研究在一定程度上説明了銀河系在宇宙中具有一般性。