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)