銀河系旋臂結構最新研究成果受到國際廣泛關注

2021-01-15 中國科學院

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。這一科研成果(本地臂的性質)已於2013年5月正式刊登在美國《天體物理雜誌》上。《美國新聞與世界報導》、SPACE、Universe Today和NRAO(美國國家射電天文臺)等多家媒體和網站都爭相報導了這一新聞。

自從上世紀50年代美國天文學家Morgan發現銀河系內太陽附近存在3條短的旋臂結構以來,關於銀河系旋臂結構的爭論一直沒有停止過。至今已經有100多個模型,旋臂數量從2條至5條甚至更多,但沒有一個模型得到公認。唯一比較認可的就是本地臂是一個刺或者說鼓包。一氧化碳分子和斯必澤(Spitzer)空間望遠鏡巡天確實發現了銀河系存在物質連續分布的結構,但因為沒有辦法精確測定這些物質的距離,所以無法精確建立銀河系的旋臂結構。

2003年,中科院紫金山天文臺徐燁研究員和南京大學鄭興武教授聯合美國哈佛史密松天體物理中心的Reid研究員和德國馬克思普朗克的Menten教授在國際上率先採用直接測量天體距離的方法來建立銀河系旋臂結構並且獲得了成功。由此推動並建立了一個更大的國際合作團隊--貝塞爾(BeSSeL)團隊。該項目得到了美國國立射電天文臺巨科學工程的支持,共獲得橫跨全球的甚長基線幹涉陣(VLBA)超過5000小時的觀測時間,同時還獲得了超過300小時的由27面直徑為25米天線組成的甚大陣(VLA)和直徑為110米的綠岸射電望遠鏡(GBT)的觀測時間。

在最近5-6年內, 貝塞爾項目研究人員每年將獲得超過20%的VLBA觀測時間,用來觀測超過500個大質量恆星形成區的脈澤源。這是美國國立射電天文台歷史上,也是世界高精度測量歷史上首次對一個項目投入這麼多時間。研究人員將有機會多曆元的觀測大質量恆星形成區成協的脈澤源,利用類星體和脈澤源的相位參考技術,精確地測定脈澤源的位置、自行和視差,從而建立銀河系旋臂結構和運動的新模型。

2006年,他們利用三角視差法精確測定了銀河系英仙臂的距離,測量精度高達2%,將天體測量的精度提高了100倍。這一成果以題為《銀河系英仙臂的距離》作為封面文章發表在國際權威學術期刊《科學》上,被國際同行評價為開創了天文學中三角視差測量天體距離的新紀元。也是中國天文學家第一次以論文第一作者身份亮相《科學》封面。

2007年至今,他們在國外重要天文學雜誌ApJ上發表了關於銀河系旋轉速度和質量的系列最新研究成果文章10多篇。這些研究表明:銀河系的旋轉速度比以前預計的更快,以前認為是220公裡/秒,現在估計約254公裡/秒;從而判斷銀河系的質量更大,大約是目前認定的1.5倍。國外專家認為上述研究是該領域的一項奠基性工作,是銀河繫結構和運動學研究的一個重大突破。國際合作小組成員Mark Reid博士在2008年美國天文年會上報告了這項最新結果,獲得了2008年美國天文年會特別獎。該研究工作在國內被評為2008年十大天文科技進展之一和2009年高等學校自然科學一等獎。

確定銀河系本地臂的結構是繼2006年確定銀河系英仙臂距離之後的關於銀河系旋臂結構研究的又一重大成果。在2012年資深天文學家Caswell撰寫的關於銀河繫結構的綜述文章中,認為徐燁等人的系列工作是銀河繫結構領域裡的一個裡程碑。

到目前為止,貝塞爾團隊已經精確測定了80多個銀河系內大質量恆星形成區的視差距離及其三維運動,銀河系真正的面貌正在被逐漸清楚地揭示出來。

在今後的2-3年內,該團隊將繼續對銀河系內的300個大質量恆星形成區進行觀測,從而全面確定銀河系的旋臂結構和運動學性質,研究銀河系的尺度、質量、和旋轉曲線等。

貝塞爾項目是一個由中、美、德、意、韓、日等國20多位天文學家參與的探索銀河繫結構和運動的大科學工程。其中有6位中國成員參加此項目,佔有很大比重,並作出了突出的貢獻。

 

銀河系旋臂結構圖:本地臂曾被認為是刺(左圖),現或可能為英仙臂(Perseus Arm)主分支(右圖)

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    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。考慮到這個結構的大小和形狀,研究小組有理由相信他們只是拼湊了銀河系局部旋臂的一部分。「美麗的螺旋[在其他星系中]是由片段組成的,」阿爾維斯告訴吉茲莫多。他懷疑他的團隊已經發現了這樣的一個片段。「我們和它這麼近,之前都沒有意識到」。 不過,這一結構與過去銀河系旋臂的測量結果並不完全一致。
  • 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。
  • 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。
  • 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)」。
  • 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。
  • 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。
  • 銀河系的結構,核心是巨大的黑洞,四條巨大的旋臂圍繞銀心旋轉
    總星系是有星系來組成的,包括銀河系和河外星系,目前人類已經發現的星係數量超過1000億個以上。銀河系的結構我們地球所在的銀河系就是眾多星系中的一員,而且是普普通通的一員,在眾多星系中銀河系的個頭一般,直徑大約為16萬光年,包含了大約1000至4000億顆恆星。
  • 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
    當然不是,他準確記錄了恆星的位置和當時恆星的亮度,現代觀測中可以以此為依據,對比數百年來恆星發展是否有變化,是否有自行等等,所以即使就算這份資料無法參考銀河系的大小與結構,但它依然是最為詳盡的銀河系恆星位置與亮度觀測資料。