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银河系到底长什么样?国际团队首次画出主旋臂

发布时间:2017-10-16 10:40:01 来源:科技日报社-中国科技网 责任编辑:笙火

银河系到底长什么样?国际团队首次画出主旋臂

银河系素描图。天文学家穿越银河系中央的重重迷雾,绘制出恒星形成区域的图谱,并夯实了一些观点:银河系有四个主旋臂。图片来源:《新科学家》杂志官网

本报记者 刘霞

尽管有很多人月夜徘徊,吟咏出“日月之行,若出其中。星汉灿烂,若出其里”等诗句,但人们对遥远银河系的了解仍然很少。

不过,现在这种状况似乎要改变了。据13日出版的《科学》杂志报道,一个国际科研团队首次成功描绘了银河系远侧的一个主旋臂,并进一步证实,银河系的确有四个主旋臂。该团队将再接再厉,进一步绘制出银河系的全景图。此外,欧洲航天局(ESA)的“盖亚(Gaia)”探测器也计划为银河系内多达10亿个物体画像。这些图像将进一步加深我们对所谓的“天河”的理解。

为银河系“画像”很难

19世纪中叶,爱尔兰天文学家威廉·帕森思建造了当时世界上最大的天文望远镜——1.8米长的“帕森城的利维坦”,并借助这一设备描述了一些日后被理解为星系星云的旋转形式。在此基础上,1852年,美国普林斯顿大学的斯蒂芬·亚历山大向《天文学杂志》投稿称,从内部往外看,银河系也是一种螺旋星云。

亚历山大是对的。但迄今为止,我们对银河系的了解并不完全。而从太阳系很难给银河系画像,因为太阳系位于银河系的盘面上,处于银河系的一条旋臂——猎户座旋臂之中,离银河系中心大概有28000光年。我们观测银河系远侧的努力会受到渺远的距离和星际间尘埃与气体的阻碍,让我们的视野模糊,尤其是我们想要穿越银河系中心的重重迷雾时。

首次绘出银河系主旋臂

现在,美国天文学家在恒星形成区域的“帮助”下,成功描绘了银河系一边远侧的主旋臂。这些恒星形成区域包含由水蒸气组成的云,这些水蒸气云在穿透气体和灰尘的无线电波的照射下会发光。通过对它们进行测量,研究人员对旋臂上的很多点进行了追踪,从而首次描绘了银河系一边的旋臂。

最新研究是国际合作项目“贝塞尔巡天(BeSSeL Survey)”的最新成果,该项目的目标正是直接绘制出银河系的旋臂。从2010年到2015年,研究团队耗时3500个小时,使用名为“甚长基线天线阵(VLBA)”的探测设备,来追踪这些水蒸气的信号。VLBA分布在夏威夷和美属圣克罗伊岛上的10面射电望远镜联合起来可以当作一面望远镜使用,因此获得了迄今为止最高分辨率的图像。

在整整一年时间内,研究团队查看了水云相对更遥远星系位置的变化,并根据视差效应计算出了水云的位置。他们在6.6万光年处发现了一个水云,交叉比对该水云的位置和运动,证实其属于“盾牌—半人马臂”(Scutum-Centaurus Arm)的旋臂外层。最新研究也进一步证实,除了“盾牌—半人马臂”,银河系还有另外三个主旋臂,瑞德的团队将其称为人马臂、英仙臂和外臂,而太阳所处的猎户臂位于人马臂和英仙臂之间。

新研究结果引起科学界重大反响。纽约瓦萨学院的天文学家黛布拉·艾尔姆格林表示,新结果为绘制银河系全景图奠定了重要基础。哈佛—史密森天体物理中心的托马斯·达蒙接受《新科学家》杂志采访时表示,他们或许能在10年内绘制出一幅精确而完整的银河系全景图。

争相绘制“天河”全景图

除了这组科学家,世界各地还有其他团队也在试图给银河系绘制全景图。比如,日本科学家正在利用与BeSSeL同样的方法来为银河系绘制全景图;而巴西团队则在使用卫星数据绘制新生的恒星簇“画像”,这些恒星在穿越银河系尘埃的红外光照射下会闪烁。BeSSeL团队计划明年使用位于澳大利亚的无线电阵列,来查看银河系仅在南半球可见的那一部分。

当然,这场为银河系绘“全身像”比赛最有竞争力的参与者,非欧洲航天局的“盖亚”探测器莫属。据称,2018年4月,“盖亚”探测器将发布银河系超过10亿个物体(大多数是恒星)的3D图。这幅图或许能以前所未有的细节展示旋臂,尤其是较近的旋臂。


不过,“盖亚”并不能揭示银河系的全部,它有属于自己的“阿喀琉斯之踵”——“盖亚”主要工作在光学波段,也就是说,它对银河系银盘的探测深度将会受到尘埃的限制。而尘埃不影响射电观测,所以BeSSeL目前正在探测的区域是“盖亚”无法触及的。

获得完整而详细的银河系图谱将有助于科学家对其他天体物理学问题的理解。例如,知道某个双星系统——一对正在旋转的中子星的位置,将可以进一步测试爱因斯坦的广义相对论,而此项研究将有望冲击诺贝尔奖。

但瑞德的目标更简单:“我只是想看清银河系的样子,这似乎是一件很酷的事情。”

(科技日报北京10月15日电)

王凤枝 本文来源:科技日报社-中国科技网 责任编辑:王凤枝_NT2541

责任编辑: 笙火

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