本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
在北半球夏季的夜空中,如果觀測條件非常好,通過肉眼很容易就能看到一條白色的光帶橫跨整個天空,這就是銀河系的盤面。人馬座方向的銀河看起來最厚最明亮,因為那是銀河系中心的方向,恆星分布比較密集。那麼,銀河系的結構究竟是怎樣的呢?
我們身處銀河系之內,無法直接看到銀河系全貌。目前,我們還沒有能力飛出銀河系,在遠處給我們的星系拍張全景照片,但通過對銀河系中恆星的研究,再結合對河外星系的觀測,天文學家大致能夠勾勒出銀河系的樣子。
我們的銀河系呈現為中間凸起的圓盤狀,銀盤直徑至少10萬光年,銀盤平均厚度2千光年。在銀河系中心,是一個半徑為1萬光年的核球結構。從銀河系中心延伸出四條巨大的旋臂,分別包括盾牌-半人馬臂、船底-人馬臂、英仙臂以及外緣臂。太陽系位於獵戶支臂上,遠離銀心,距離那裡大約2.6萬光年。
根據計算機的模擬結果,銀河系中心十分明亮,就像仙女座星系等螺旋星系那樣。那麼,銀心的巨大光點究竟是什麼東西呢?
就像我們在夜空中看到的大部分星星那樣,銀心中的巨大亮點其實是恆星,但不是一顆恆星,而是非常密集的恆星。恆星通過核聚變反應能夠不斷發光發熱,從而照亮整個銀河系,也讓銀心變得十分明亮。那麼,銀心中的恆星有多密集呢?
在銀河系中,越接近銀盤邊緣,恆星的密度越低;越接近銀心,恆星的密度越高。平均而言,銀河系中恆星與恆星之間相隔約4光年。太陽與距離最近的恆星——比鄰星相隔大約4.2光年,太陽附近每立方光年的空間中平均只有0.004顆恆星,即每250立方光年的空間內才會有一顆恆星。
相比之下,銀心附近的恆星分布極為密集。將近30萬顆恆星聚集在銀心周圍的1立方光年空間中,這意味著恆星與恆星之間的平均距離僅為6光天,相當於地球和太陽距離的1000倍。在距離銀心130光年的空間中,存在著大約1000萬顆恆星,這相當於平均每立方光年的空間中有7200顆恆星。正是由於大量的恆星聚集在銀心周圍,使得銀心附近變得十分明亮。
不過,在明亮的銀心之中,還存在一個「黑暗之心」,一個質量超過太陽400萬倍的超大質量黑洞,名為人馬座A*。一直以來,天文學家只能通過觀測該黑洞周圍的恆星運動來研究熱人馬座A*。但通過事件視界望遠鏡(EHT),我們在不久的未來將會看到銀河系的「黑暗之心」。
雖然在北半球夏季時,地球夜空朝向銀心,但我們通過肉眼其實看不到銀心的恆星。肉眼可見的恆星距離我們大都沒有超過1000光年,我們只能看到太陽系附近的恆星。儘管銀心周圍遍布恆星,但濃厚的星際塵埃嚴重阻擋了我們的視線。