宇宙中的芭蕾舞者，6億年旋轉一圈的裙邊——銀河翹曲

2020-07-24 天文在線

簡介：天文學家試圖利用銀河系繞銀河系中心行進時跟隨其旋轉。

早在幾十年以前，天文學家們就已經發現了銀河是彎曲的這一事實。如今，他們試圖著在當翹曲圍繞銀心運動時，跟隨它進行旋轉。

宇宙中的芭蕾舞者，6億年旋轉一圈的裙邊——銀河翹曲

彎曲的銀河（圖源：Stefan Payne-Wardenaar; Magellanic Clouds: Robert Gendler / ESO）

我們也許會被照片誤導

從各種各樣的星系照片中，我們可以看到壯觀的漩渦星系、模糊的橢圓星系，以及混亂的不規則星系，它們如同凝固在時間裡一般，紋絲不動。但實際上，這些星系一直都在運動之中。

宇宙中的芭蕾舞者，6億年旋轉一圈的裙邊——銀河翹曲

M101(NGC5457)風車星系（圖源：European Space Agency）

宇宙中的芭蕾舞者，6億年旋轉一圈的裙邊——銀河翹曲

M66(圖源：ESO)

宇宙中的芭蕾舞者，6億年旋轉一圈的裙邊——銀河翹曲

M63向日葵星系（圖源：NASA)

例如，太陽以大約每秒230公裡(515,000英裡/小時)的速度繞著銀河系中心旋轉。事實上，我們銀河系中的大多數恆星（不是所有）都在繞著銀心進行旋轉。

在銀河系在遠離銀心的外緣區域，呈彎曲的形狀，一邊向上擺，另一邊向下擺。邊緣的星星也會跟隨著擺動，如小船一樣在波浪中上下搖晃。科學家對這些運動展開了測量研究，利用歐洲航天局的蓋亞衛星（the European Space Agency’s Gaia satellite）來測量翹曲圍繞銀河旋轉的驚人速度，他們的研究結果發表在3月2日的《自然-天文學》雜誌上。

宇宙中的芭蕾舞者，6億年旋轉一圈的裙邊——銀河翹曲

歐洲航天局的航天探測器「蓋亞」（圖源：ESA–D. Ducros, 2013）

銀河系翹曲

早在之前，科學家就已知，雖然銀河系的內部兩萬光年以內是扁平的，如同一個非常薄的煎餅，但它的外部邊緣卻是彎曲的。太陽繞銀心運轉的軌道位於平坦的區域，因此，如果你向銀心的反方向，朝著人馬座方向的夜空望去，你就能看到銀河系的外緣，也就是銀河系開始彎曲的地方。

銀河系的彎曲幅度是非常細微的。事實上,天文學家首次發現這一現象，還是由銀河系外緣中性氫氣帶來的信號所知,因為在遙遠的距離中，中性氫氣會比星體更容易探測到。

現在，我們利用蓋亞衛星，收集到超過10億顆銀河系恆星的位置和運動相關數據。去年，科學家們利用蓋亞收集到的造父變星的數據，精確地繪製出了翹曲的形狀。現在，來自義大利國家天體物理研究所天文學家愛羅伊沙·波喬（Eloisa Poggio)和她的同事再次聚焦蓋亞，將研究轉向銀河系翹曲，去探究彎曲如何發生，以及它是如何繞銀心進行旋轉。

宇宙中的芭蕾舞者，6億年旋轉一圈的裙邊——銀河翹曲

銀河中心（圖源：2MASS/G.Kopan，R.Hurt）

無數的巨星

研究人員先從蓋亞的目錄中選擇了超過1260萬顆巨星，觀察它們是如何相對於銀道面進行向上或向下運動。

儘管對這些恆星運動的測量只進行了很短一段時間，但這些數據已為研究人員提供了足夠的信息來預測未來翹曲的變化情況。

來自義大利都靈天文觀測站的合著者羅納德·德裡米勒（Ronald Drimmel）補充道：「這就像有一輛車，我們試圖在很短的時間內測量這輛車的速度和行駛方向，然後基於這些數據來模擬這輛車過去和未來的軌跡。同樣地，通過測量天空中數百萬顆恆星的運動，我們可以模擬更大規模的運動過程，如翹曲的運動。」

宇宙中的芭蕾舞者，6億年旋轉一圈的裙邊——銀河翹曲

來自歐洲航天局(European Space Agency)的恆星觀測者蓋亞任務(Gaia)的數據顯示，銀河系盤上的翹曲是進動的，基本類似於一個旋轉晃動陀螺。研究小組收集了距離銀河系中心52000光年外的巨星的數據。（圖源：Stefan Payne-Wardenaar; Inset: NASA / JPL-Caltech; Layout: ESA）

一次相互作用的影響

研究人員發現，銀河系翹曲正沿著星系旋轉的方向，以約10公裡/秒的速度順行，遠離銀心。這意味著，在26000光年(8千帕秒)外太陽所在的位置，翹曲以80公裡/秒的速度進動，也就是說我們的恆星正以比翹曲還要快的速度運行。太陽繞銀河系旋轉一周大約需要2.5億年，而翹曲要長得多，大約需要6到7億年。

然而，這一翹曲的運動速度比一些理論預測的要快得多。儘管在測量翹曲的旋轉速度時存在一些不確定性，但結果足以表明翹曲並不是一開始就存在的。其他幾條證據表明，在一次與一個矮星系相互作用中，銀河系有可能會暫時變得更加彎曲。

宇宙中的芭蕾舞者，6億年旋轉一圈的裙邊——銀河翹曲

銀河概念圖，展示太陽的位置（圖源：NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Hurt）

作者: Monica Young

FY: ZW天權

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