圖為銀河系銀盤(pán)示意圖。
中科院國(guó)家天文臺(tái)供圖
在宇宙當(dāng)中,規(guī)則星系最常見(jiàn)的形態(tài)是一個(gè)盤(pán)加一個(gè)中心核球。其中的“盤(pán)”指的就是星系盤(pán)。很多人都會(huì)認(rèn)為,星系盤(pán)就是一個(gè)很平的圓盤(pán)子,但事實(shí)并非如此。大量觀測(cè)表明,很多巨大的星系盤(pán)在外盤(pán)處都會(huì)逐漸向上或向下卷起,整體形成一個(gè)接近炸薯片一樣的彎曲狀態(tài),天文學(xué)家稱(chēng)這種形狀為“翹曲”。大約1/3的河外盤(pán)星系都或多或少地展現(xiàn)出翹曲形狀。
那么,我們地球所處的銀河系是否也是如此呢?日前,由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)陳孝鈿博士、鄧?yán)畈叛芯繂T、劉超研究員等人聯(lián)合澳大利亞麥考瑞大學(xué)理查德·迪何銳思教授及北京大學(xué)王舒博士組成的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)首次給出了確定的答案——銀河系恒星外盤(pán)也同樣展示出了翹曲結(jié)構(gòu)。該成果于北京時(shí)間2月5日由國(guó)際科學(xué)期刊《自然·天文》在線發(fā)表。
其實(shí),很早就有射電觀測(cè)發(fā)現(xiàn)銀河系的氣體盤(pán)呈現(xiàn)出和很多河外星系一樣的翹曲結(jié)構(gòu),但是關(guān)于恒星盤(pán)的形狀一直缺少直接的證據(jù)。“測(cè)量銀河系外盤(pán)的距離十分困難,而準(zhǔn)確的距離才能讓我們重構(gòu)外盤(pán)的形狀。”論文第一作者陳孝鈿說(shuō)。
2018年,陳孝鈿等人發(fā)布了第一個(gè)紅外全天變星星表,表中包含了上千顆銀河系造父變星。“造父變星是一類(lèi)中等質(zhì)量的年輕脈動(dòng)變星,比太陽(yáng)重3—20倍,亮約幾萬(wàn)倍。由于它們的脈動(dòng)周期和光度嚴(yán)格相關(guān),因此可以精確測(cè)定距離,精度可達(dá)到3%—5%。”陳孝鈿說(shuō),這批恒星正是指示銀河系年輕恒星盤(pán)的形狀的絕佳示蹤體,它們猶如明燈,點(diǎn)亮了被煙霧籠罩的銀河。從三維空間分布圖中,科研人員發(fā)現(xiàn)距離銀河系中心越遠(yuǎn),這些造父變星就越偏離銀盤(pán)面,整體呈“S”形;如果面向銀心并讓北銀極朝上,那么左手邊的銀盤(pán)會(huì)朝上(北)卷起,右手邊的則相反。
盡管翹曲現(xiàn)象在河外星系中經(jīng)常出現(xiàn),但是理論家們對(duì)它是如何形成的莫衷一是。劉超說(shuō):“一種可能的解釋是外盤(pán)受到某種轉(zhuǎn)矩作用而形成。轉(zhuǎn)矩假說(shuō)可以解釋復(fù)雜的翹曲進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象,我們的觀測(cè)結(jié)果傾向外盤(pán)的形成是由巨大的內(nèi)盤(pán)轉(zhuǎn)矩主導(dǎo)的。”
鄧?yán)畈疟硎荆y河系恒星盤(pán)翹曲的發(fā)現(xiàn)首先更新了人們對(duì)銀河系形狀的認(rèn)識(shí),同時(shí)也對(duì)外盤(pán)起源提供了決定性的觀測(cè)證據(jù),為我們最終理解像銀河系這樣的巨大盤(pán)星系如何形成和演化提供關(guān)鍵線索。
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