於宇宙之舞中解決星系棒之謎

2020-09-04 牧夫天文

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翻譯：葛文迪

校對：牧夫天文校對組

編排：胡暖暖

後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文連結：https://phys.org/news/2020-08-galactic-bar-paradox-cosmic.html

一個長久存在的關於我們銀河系核心的難解謎題迎來了曙光。最新的研究為星系棒之謎提供了一個可能的解決方法。星系棒之謎是指，採用不同觀測方法對銀河系中央區域運動的估計值相互矛盾。研究結果發表於英國皇家天文協會月刊。

就像我們的銀河系，大部分旋渦星系都在其中央區域有一個巨大的棒狀結構。了解這個棒狀結構的真實尺寸與轉速，對於理解星系的形成與演化，以及弄清楚為什麼遍及整個宇宙的旋渦星系都會形成相似的棒狀結構，具有重要意義。

但是在過去的5年中，我們銀河系棒狀結構的尺寸與轉速引發了劇烈的爭論。儘管對太陽系附近恆星的研究顯示星系棒的轉速較快尺寸較小，但是對銀河系中央區域的直接觀測表明星系棒的轉速較慢尺寸較大。

針對這個差異，由薩裡大學Tariq Hilmi帶領的科學家們和波茨坦天體物理學研究所萊布尼茨學會的Ivan Minchev組成的國際團隊所進行的最新研究提出了一種富有洞察力的解決辦法。通過用最先進的星系形成仿真對銀河系進行分析，結果表明棒狀結構的尺寸和轉速隨時間快速波動，導致棒狀結構在某些時候達到兩倍長和提升20%的轉速。

棒狀結構的脈動變化是由其周期性遇到星系旋臂所造成的，這被描繪為一種宇宙之舞。當棒狀結構與旋臂相互接近，在引力作用下它們相互吸引，導致棒狀結構的減速和旋臂的加速。一旦連接，這兩種結構就會作為一個整體一起移動，而棒狀結構就會變得比它本來的尺寸更長，轉速更慢。當這兩位舞者分開，棒狀結構就會加速而旋臂會減速。

銀河系仿真的截圖。中心的棒狀結構和旋臂是以不同速度旋轉的。如果二者分開，棒狀結構就會表現出其真正的較小的結構（左圖）。每當二者相遇，棒狀結構就會顯得更長一些，旋轉更慢一些（右圖）。圖片來源：薩裡大學的T. Hilmi

「如果我們碰巧生活在棒狀結構與旋臂連接的時候，棒狀結構尺寸較大轉速較慢，星系棒的爭論就會非常容易解決，」Dr. Minchev評論道，「但是太陽系附近恆星的運動受棒狀結構事實上極小的性質所支配，那些觀測結果也就表現得相互矛盾。」

最新的觀測結果已經證實了銀河系內旋臂目前與棒狀結構相連，根據仿真結果，這大約每8千萬年發生一次。Gaia任務即將發布的第三次數據將會進一步驗證這個模型，將來的任務是探索宇宙中其它星系是否也有這樣的宇宙之舞。

責任編輯：郭皓存

牧夫新媒體編輯部

活動預告

講座：探秘明星天文臺

主講人：解仁江

時間：9月6日19:30

本期專題中介紹了一些世界著名天文臺，但是限於篇幅，每個天文臺只能點到為止。我們請來本期作者、資深天文愛好者解仁江到講座直播間，給我們展開講講有關天文臺的正史和有趣八卦。

掃描上方圖中二維碼即可準備聽講，歡迎大家準時來收聽。

『天文溼刻』 牧夫出品

圖片展示的是天鵝座超新星爆炸波的一小部分，距離我們大約2400光年。

原圖連結：https://www.spacetelescope.org/images/potw2034a/

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