科技日?qǐng)?bào)實(shí)習(xí)記者 代小佩
北京時(shí)間5日凌晨，正逢跨年時(shí)刻，國(guó)際科學(xué)期刊《自然·天文》（Nature Astronomy）在線發(fā)布一項(xiàng)重大研究成果，我國(guó)天文學(xué)家首次通過(guò)恒星的觀測(cè)向人類展示銀河系外盤驚人的翹曲結(jié)構(gòu)。該成果更新了人們對(duì)銀河系形狀的認(rèn)知，在為人們最終理解像銀河系這樣的巨大盤星系如何形成和演化提供了關(guān)鍵線索。
“在沒(méi)有獲取豐富數(shù)據(jù)前，銀河系的恒星盤看起來(lái)似乎是一個(gè)總體上平坦的圓盤，但實(shí)際并非如此。理論上，星系盤一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)?！鄙鲜鲅芯空撐牡穆?lián)合通訊作者、國(guó)家天文臺(tái)恒星與恒星系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家、西華師范大學(xué)天文系主任鄧?yán)畈沤邮芸萍既請(qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)，在外盤處，巨大的星系盤會(huì)逐漸向上或向下卷起，整體形成一個(gè)接近炸薯片一樣的彎曲狀態(tài)。天文學(xué)家稱這種形狀為星系盤“翹曲”，這種結(jié)構(gòu)可以在側(cè)向的河外盤星系上直接看到。
但由于人類本身處于銀河系的恒星盤上，研究銀河系恒星盤的結(jié)構(gòu)就變得相當(dāng)困難。這就是“不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中”。
不過(guò)，大量觀測(cè)表明，大約三分之一的河外盤星系都或多或少展現(xiàn)出翹曲形狀?？萍覀儞?jù)此猜測(cè)，銀河系是否也如此呢？
實(shí)際上，很早就有射電觀測(cè)發(fā)現(xiàn)銀河系的氣體盤呈現(xiàn)出翹曲結(jié)構(gòu)。銀河系的恒星盤跟氣體盤的結(jié)構(gòu)類似，也呈現(xiàn)出翹曲結(jié)構(gòu)嗎？“因?yàn)闅怏w與恒星都受到同一引力場(chǎng)控制，理應(yīng)顯示同樣的翹曲結(jié)構(gòu)，但關(guān)于恒星盤的形狀一直缺少直接的證據(jù)?！编?yán)畈耪f(shuō)。
銀河系銀盤翹曲的藝術(shù)想象圖
“這是因?yàn)?，?zhǔn)確知道銀河系外盤的距離才能確定外盤的形狀，但銀河系外盤的距離很大，測(cè)量起來(lái)十分困難，它需要精準(zhǔn)且足夠明亮的標(biāo)準(zhǔn)示蹤恒星?！鄙鲜鲅芯空撐牡牡谝蛔髡?、國(guó)家天文臺(tái)陳孝鈿博士表示，造父變星是此次研究取得突破的關(guān)鍵所在，它幫助天文學(xué)家有效測(cè)量銀河系外盤的距離。
“造父變星是一類中等質(zhì)量的年輕脈動(dòng)變星，與太陽(yáng)相比，造父變星重3-20倍，亮約9幾萬(wàn)倍。由于它們的脈動(dòng)周期與光度嚴(yán)格相關(guān)，因此可以用于精確測(cè)定距離，精度可達(dá)到3%-5%?！标愋⑩毥忉尩馈?/p>
在進(jìn)行上述研究工作之前，陳孝鈿領(lǐng)銜發(fā)布了第一個(gè)紅外全天變星星表，這張表包括34769顆新發(fā)現(xiàn)的變星，其中有1312顆為銀河系造父變星，超過(guò)了過(guò)去100年間天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的銀河系造父變星總和，為成功揭開(kāi)銀河系銀盤的精準(zhǔn)結(jié)構(gòu)埋下伏筆?！斑@批像珍珠般寶貴的恒星正是指示銀河系年輕恒星盤的形狀的絕佳示蹤體?！标愋⑩氄f(shuō)。
“塵埃消光是測(cè)量銀河系銀盤恒星距離的最大障礙。如同霧霾一樣的星際塵埃使得測(cè)量恒星的距離變得十分困難，尤其是在傳統(tǒng)的光學(xué)波段。但紅外多窗口研究可以大大緩解這一困難。我們此次的成功得益于我們團(tuán)組在消光規(guī)律研究上的經(jīng)驗(yàn)?！鄙鲜鲅芯空撐牡穆?lián)合通訊作者、北京大學(xué)的王舒博士解釋道。
陳孝鈿告訴記者，本次研究的整體樣本有2330顆銀河系造父變星，包括紅外發(fā)現(xiàn)的1312顆和其他星表搜集到的。“我們精選了樣本中的1339顆。它們猶如明燈一樣點(diǎn)亮了被‘煙霧’籠罩的銀河?！?/p>
陳孝鈿于2016年加入國(guó)家天文臺(tái)“恒星與恒星系統(tǒng)團(tuán)組”，該團(tuán)隊(duì)的主要工作方向是銀河系研究，團(tuán)隊(duì)人員還包括國(guó)家天文臺(tái)研究員劉超、澳大利亞麥考瑞大學(xué)理查德·迪何銳思教授以及北京大學(xué)王舒博士，他們長(zhǎng)期鉆研銀河系結(jié)構(gòu)和恒星時(shí)域問(wèn)題。
從三維空間分布圖中，陳孝鈿與團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)距離銀河系中心越遠(yuǎn)，這些造父變星就越偏離銀盤面，整體呈“S”型；如果面向銀心并讓北銀極朝上，那么左手邊的銀盤就會(huì)朝上（北）卷起，右手邊的則相反。不僅如此，他們還發(fā)現(xiàn)，從銀心向外翹曲呈現(xiàn)復(fù)雜的進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。
“結(jié)果顯示，造父變星的恒星盤結(jié)構(gòu)和銀河系氣體盤的結(jié)構(gòu)非常一致。而更重要的是，這個(gè)翹曲的‘S’形狀還存在逐漸扭轉(zhuǎn)的螺旋樣式?！闭撐牡暮献髡呃聿榈?迪何銳思教授指出。
盡管翹曲現(xiàn)象在河外星系中經(jīng)常出現(xiàn)，但理論家們對(duì)它如何形成的說(shuō)法莫衷一是。一種可能的解釋是外盤受到某種轉(zhuǎn)矩作用而形成?！稗D(zhuǎn)矩假說(shuō)可以解釋復(fù)雜的翹曲進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象，我們的觀測(cè)結(jié)果傾向外盤的形成是由巨大的內(nèi)盤轉(zhuǎn)矩主導(dǎo)的。在盤的動(dòng)力學(xué)研究上，我們的成果意義重大！”論文的合作者劉超表示。
“銀河系盤的翹曲通過(guò)恒星觀測(cè)結(jié)果被證實(shí)，這首先更新了人們對(duì)銀河系形狀的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也對(duì)外盤起源提供了決定性的觀測(cè)證據(jù)，為我們最終理解像銀河系這樣的巨大盤星系如何形成和演化提供關(guān)鍵線索?！编?yán)畈排d奮地說(shuō)道。
圖片由受訪者提供
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