銀河繫到底長什麼樣?國際團隊首次畫出主旋臂

2020-11-25 網易科技

(原標題:穿越重霧 競繪「天河」 ——國際團隊首次畫出銀河系主旋臂)


銀河系素描圖。天文學家穿越銀河系中央的重重迷霧,繪製出恆星形成區域的圖譜,並夯實了一些觀點:銀河系有四個主旋臂。圖片來源:《新科學家》雜誌官網

本報記者 劉霞

儘管有很多人月夜徘徊,吟詠出「日月之行,若出其中。星漢燦爛,若出其裡」等詩句,但人們對遙遠銀河系的了解仍然很少。

不過,現在這種狀況似乎要改變了。據13日出版的《科學》雜誌報導,一個國際科研團隊首次成功描繪了銀河系遠側的一個主旋臂,並進一步證實,銀河系的確有四個主旋臂。該團隊將再接再厲,進一步繪製出銀河系的全景圖。此外,歐洲航天局(ESA)的「蓋亞(Gaia)」探測器也計劃為銀河系內多達10億個物體畫像。這些圖像將進一步加深我們對所謂的「天河」的理解。

為銀河系「畫像」很難

19世紀中葉,愛爾蘭天文學家威廉·帕森思建造了當時世界上最大的天文望遠鏡——1.8米長的「帕森城的利維坦」,並藉助這一設備描述了一些日後被理解為星系星雲的旋轉形式。在此基礎上,1852年,美國普林斯頓大學的史蒂芬·亞歷山大向《天文學雜誌》投稿稱,從內部往外看,銀河系也是一種螺旋星雲。

亞歷山大是對的。但迄今為止,我們對銀河系的了解並不完全。而從太陽系很難給銀河系畫像,因為太陽系位於銀河系的盤面上,處於銀河系的一條旋臂——獵戶座旋臂之中,離銀河系中心大概有28000光年。我們觀測銀河系遠側的努力會受到渺遠的距離和星際間塵埃與氣體的阻礙,讓我們的視野模糊,尤其是我們想要穿越銀河系中心的重重迷霧時。

首次繪出銀河系主旋臂

現在,美國天文學家在恆星形成區域的「幫助」下,成功描繪了銀河系一邊遠側的主旋臂。這些恆星形成區域包含由水蒸氣組成的雲,這些水蒸氣雲在穿透氣體和灰塵的無線電波的照射下會發光。通過對它們進行測量,研究人員對旋臂上的很多點進行了追蹤,從而首次描繪了銀河系一邊的旋臂。

最新研究是國際合作項目「貝塞爾巡天(BeSSeL Survey)」的最新成果,該項目的目標正是直接繪製出銀河系的旋臂。從2010年到2015年,研究團隊耗時3500個小時,使用名為「甚長基線天線陣(VLBA)」的探測設備,來追蹤這些水蒸氣的信號。VLBA分布在夏威夷和美屬聖克羅伊島上的10面射電望遠鏡聯合起來可以當作一面望遠鏡使用,因此獲得了迄今為止最高解析度的圖像。

在整整一年時間內,研究團隊查看了水雲相對更遙遠星系位置的變化,並根據視差效應計算出了水雲的位置。他們在6.6萬光年處發現了一個水雲,交叉比對該水雲的位置和運動,證實其屬於「盾牌—半人馬臂」(Scutum-Centaurus Arm)的旋臂外層。最新研究也進一步證實,除了「盾牌—半人馬臂」,銀河系還有另外三個主旋臂,瑞德的團隊將其稱為人馬臂、英仙臂和外臂,而太陽所處的獵戶臂位於人馬臂和英仙臂之間。

新研究結果引起科學界重大反響。紐約瓦薩學院的天文學家黛布拉·艾爾姆格林表示,新結果為繪製銀河系全景圖奠定了重要基礎。哈佛—史密森天體物理中心的託馬斯·達蒙接受《新科學家》雜誌採訪時表示,他們或許能在10年內繪製出一幅精確而完整的銀河系全景圖。

爭相繪製「天河」全景圖

除了這組科學家,世界各地還有其他團隊也在試圖給銀河系繪製全景圖。比如,日本科學家正在利用與BeSSeL同樣的方法來為銀河系繪製全景圖;而巴西團隊則在使用衛星數據繪製新生的恆星簇「畫像」,這些恆星在穿越銀河系塵埃的紅外光照射下會閃爍。BeSSeL團隊計劃明年使用位於澳大利亞的無線電陣列,來查看銀河系僅在南半球可見的那一部分。

當然,這場為銀河系繪「全身像」比賽最有競爭力的參與者,非歐洲航天局的「蓋亞」探測器莫屬。據稱,2018年4月,「蓋亞」探測器將發布銀河系超過10億個物體(大多數是恆星)的3D圖。這幅圖或許能以前所未有的細節展示旋臂,尤其是較近的旋臂。

不過,「蓋亞」並不能揭示銀河系的全部,它有屬於自己的「阿喀琉斯之踵」——「蓋亞」主要工作在光學波段,也就是說,它對銀河系銀盤的探測深度將會受到塵埃的限制。而塵埃不影響射電觀測,所以BeSSeL目前正在探測的區域是「蓋亞」無法觸及的。

獲得完整而詳細的銀河系圖譜將有助於科學家對其他天體物理學問題的理解。例如,知道某個雙星系統——一對正在旋轉的中子星的位置,將可以進一步測試愛因斯坦的廣義相對論,而此項研究將有望衝擊諾貝爾獎。

但瑞德的目標更簡單:「我只是想看清銀河系的樣子,這似乎是一件很酷的事情。」

(科技日報北京10月15日電)

本文來源:科技日報社-中國科技網 責任編輯:王鳳枝_NT2541

相關焦點

  • 銀河系旋臂結構最新研究成果受到國際廣泛關注
    2013年6月3日,第222屆美國天文學會在印第安納舉行,會上有關銀河系旋臂結構的最新研究成果引起了天文學界和眾多媒體的矚目,其中最重要的變化是關於本地臂的形態。本地臂從銀河系旋臂的一個短小的鼓包(spur),上升到可能是主臂的一個分支或者本身就是一個類似主臂的結構。它極大地改變了人類對自己所處的銀河系環境的認識。
  • 銀河系是什麼形狀?旋臂勻稱美麗
    《科學美國人》近日刊登了由美國哈佛-斯密松天體物理中心資深天文學家、美國科學院院士馬克·裡德和南京大學天文與空間科學學院教授鄭興武聯合撰寫的題為「銀河系新視野」的封面文章,總結了由他們兩人及德國馬普射電天文研究所卡爾·門滕教授所領導的國際團隊,歷經15年時間對銀河繫結構潛心研究的成果。
  • 中科院紫臺專家揭示 銀河系「外旋臂」秘密
    記者23日獲悉,中科院紫金山天文臺「銀河畫卷」巡天研究團組利用青海觀測站13.7m毫米波望遠鏡,首次比較完整地揭示了位於銀河系第二象限處的「外旋臂」分子氣體結構。該成果對研究銀河系的形成等大有裨益,將在美國《天體物理學雜誌增刊》上發表。假如給我們所在的銀河系畫一幅「肖像」,可以看到它是有一個旋渦結構的旋渦星系,由1個銀心和2條或者4條旋臂構成。這些旋臂,就像銀河系的手臂一樣,層層環繞在銀心的外側。「外旋臂」是銀河系的一條主旋臂,在銀道坐標系的第二象限處,大約距離我們1.6萬-2.3萬光年。
  • 4條旋臂 迄今最精確銀河繫結構圖「出鍋」了
    記者23日從南京大學獲悉,由中美德三國天文學家領導的國際團隊歷經15年研究,繪製出目前最精確的銀河繫結構圖,明確銀河系是一個具有4條旋臂的棒旋星系。近日,《科學美國人》發表了由南京大學天文與空間科學學院鄭興武教授與美國哈佛-史密森天體物理中心天文學家、美國科學院院士馬克·裡德撰寫的封面文章《銀河系新視野》,總結了二人同德國馬普射電天文研究所卡爾·門滕教授領導的國際團隊15年來的研究成果。
  • 中美科學家繪出迄今最精確銀河繫結構圖:4條旋臂的棒旋星系
    21日,南京大學發布消息,著名雜誌《科學美國人》近日刊登了由美國科學院院士M·裡德和該校天文與空間科學學院鄭興武教授聯合撰寫的封面文章,總結了由他們及德國馬普射電天文研究所K·門滕教授所領導的國際團隊歷經15年對銀河繫結構的研究成果。
  • 銀河系旋臂有多長:可能環繞整個銀河系
    事實上,直到1852年,天文學家史蒂芬·亞歷山大(Stephen Alexander)才第一次提出銀河系可能是渦旋形的。從那時候開始,隨著時間推移,越來越多的發現不斷修正著我們對銀河系的認識。  幾十年來,天文學家一直認為銀河系具有4條旋臂。旋臂由無數的恆星和正在形成恆星的氣體組成,以螺旋形向外延伸。
  • 科學家繪出迄今最精確銀河繫結構圖 四條旋臂星系
    21日,南京大學發布消息,著名雜誌《科學美國人》近日刊登了由美國科學院院士M·裡德和該校天文與空間科學學院鄭興武教授聯合撰寫的封面文章,總結了由他們及德國馬普射電天文研究所K·門滕教授所領導的國際團隊歷經15年對銀河繫結構的研究成果。
  • 銀河系旋臂是如何形成的?
    銀河系今天的模樣不是第就變成的,而是經過上百億年的演化,才有今天的模樣,那麼銀河系的早期可能不是螺旋星系,或者說旋臂的數量沒有這麼多,筆者的猜測當然是沒有根據的,因為全世界的天文學家都不知道銀河系之前是什麼模樣。
  • 圖解銀河系的各大旋臂
    如果你看過銀河系的圖片,你肯定會注意到它有一個螺旋結構。
  • 中美德科學家成功測量太陽繫到銀河系旋臂的距離
    新華社洛杉磯12月8日電(記者 陳勇)中國、美國和德國天文學家8日報告說,他們首次成功測量了太陽到最近的銀河系旋臂——英仙座旋臂的距離。科學家稱,這一成就不僅解決了困擾天文學界多年的難題,也使人們準確繪製銀河系旋臂結構圖成為可能。
  • 銀河系本地臂首獲高精度測定 駁天文學界長期觀點
    英仙臂和人馬臂是銀河系的兩條旋臂,而本地臂通常被認為是一個刺或者鼓包。實際測量結果顯示,它和其他兩條旋臂沒有什麼區別   中新網南京4月18日電 (記者 盛捷)17日,記者從中國科學院紫金山天文臺獲悉,銀河系本地臂首次被精確測定了其形態和運動學性質,徹底排除了天文學界長期以來認為本地臂附屬於旋臂一個凸起的觀點。
  • 銀河系確有4條旋臂
    科學家繪製出的銀河繫結構圖。新華社發    據新華社南京4月23日電 記者23日從南京大學獲悉,由中美德三國天文學家領導的國際團隊歷經15年研究,繪製出目前最精確的銀河繫結構圖,明確銀河系是一個具有4條旋臂的棒旋星系。
  • 地球所在的銀河系 「本地旋臂」長度超乎想像
    據《每日電訊報》報導,科學家發現,地球所屬的銀河系「本地旋臂」,可能比之前預想的要大得多。銀河系的形狀像一個平滑的圓盤,在這個「圓盤」的內部,恆星又構成了四條主要的旋臂,而塵埃和氣體不斷從「圓盤」中心噴出。太陽系所在的獵戶座旋臂是一個較小的旋臂,有時也被稱為「本地旋臂(Local Arm)」。
  • 地球所屬銀河系「本地旋臂」長度超過之前想像
    銀河系的形狀像一個平滑的圓盤,在這個「圓盤」的內部,恆星又構成了四條主要的旋臂,而塵埃和氣體不斷從「圓盤」中心噴出。太陽系所在的獵戶座旋臂是一個較小的旋臂,有時也被稱為「本地旋臂(Local Arm)」。太陽系位於本地旋臂的邊緣,是該旋臂相對獨立的一部分。
  • 探索:太陽系究竟位於銀河系旋臂結構何處?
    很多人知道銀河系是個螺旋星系,但是我們究竟位於這個廣袤的旋臂結構的哪個位置呢據國外媒體報導,眾所周知我們生活在螺旋星系銀河系內,事實上銀河系是一個棒旋星系,這意味著我們的星系可能有兩個主要的旋臂,加上一個中央條狀物,而後者天文學家知之甚少。但是在這樣廣袤的旋臂結構裡,我們的太陽系究竟位於哪裡呢?銀河系大約10萬光年寬,我們距離銀河系中央大約2.5萬光年,似乎我們並不位於銀河系兩個主要的旋臂內,而是位於銀河系內一個小旋臂內。
  • 太陽可能被銀河系旋臂拋離出誕生地(圖)
    銀河系螺旋手臂    據英國新科學家雜誌報導,最新一項計算機模擬實驗顯示,銀河系旋臂將太陽拋至離其出生地更遠的區域。這將有助於解釋為什麼靠近太陽系的恆星具有更多樣性的化學成份。    許多恆星被銀河系的旋臂推到一個混亂、拉伸的太空軌道上,使它們遠離其誕生區域。但是包括太陽在內的許多銀河系恆星,都在銀河系中心保持著清晰的圓周路徑。目前,一項最新的計算機模擬實驗顯示,實際上銀河系的旋臂將一些恆星拋至離誕生地數千光年的區域,然而它們仍保持著其圓形軌道。
  • 銀河繫到底有多大?旋臂1951年才認識,棒旋結構2004年才被發現
    銀河系有多大?這不是我們經常能看到的麼?橫跨北半球到南半球,我們稱為銀河與英文中的Milk Way意思都類似,都是白白的一條帶子。但從古到今,一直以來都沒有人想過銀河裡流淌的到底是什麼?現代天文認識銀河系的過程在我們真正認識銀河系之前,早已有哲學家提出過銀河系是一個漩渦狀的星系,但苦於沒有證據,只能說是一個思想火花,儘管它可能是對的,但也僅具指導意義!
  • 銀河系有四條旋臂,沒有疑問了
    銀河系圖片銀河系最新照片出爐,也是迄今為止最為精確的銀河繫結構圖,這張圖清晰的向我們展示了銀河系是一個具有四條旋臂的棒旋星系。這是美國科學院和德國馬普天文研究所歷時15年,對銀河系的研究成果。他們繪製了一張十萬光年乘十萬光年的銀河系地圖。銀河系的直徑是十萬到十八萬光年左右,我們所處的太陽系距銀河系中心很遠,位置接近於銀道面(銀道面:銀河系的主要質量形成的盤狀平面),我們所觀測到的銀河系旋臂都是重疊的。這張圖結束了長期以來對銀河系有幾條旋臂的問題。
  • 研究發現在氣體雲附近會形成可能成為銀河系旋臂的巨型結構
    天文學家發現了太空中正在形成星體的區域實際上似乎形成一個8800光年長的包含三百萬個太陽質量的氣體的起伏的波形結構可能組成銀河系的局部旋臂。但是當一個科學家團隊在美國,澳大利亞和英國實際測量這些物體包括古德帶的距離時,他們發現這條帶不存在了,這些物體形成了一個更奇異的結構,他們稱之為拉德克裡夫波形結構。「我們認為我們發現了最大的連續的星體形成結構【已經觀察到】,正在我們下面,」哈佛史密松天體物理中心的研究生凱薩琳祖克告訴吉茲莫多。
  • 太陽系在銀河系中多久才會經過一次旋臂?看看天文學家怎麼回答
    那麼我們的太陽系需要多長時間才能脫離目前的位置(獵戶座臂)進入到一個不同的旋臂呢?此外,它離星系中心的距離是大致相同,還是會前後移動?在銀河系的平面上,太陽位於我們稱為獵戶座旋臂(或局部旋臂)的小旋臂中,它實際上只是兩個最近的主要旋臂(矢狀面旋臂和英仙座旋臂)之間的連接。在這些結構上有一個整潔的頁面:SEDS銀河系螺旋結構頁面。我們每隔1億年就會經過一個主旋臂,大約需要1000萬年來穿過它。