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遥望银河系的另外一端

2017-12-04 13:00 来源:ag游戏平台官网编辑整理
遥望银河系的另外一端

周一 ·最新发现 | 周二 ·牧夫专栏

遥望银河系的另外一端

凝视离我们最近的姐妹星系:仙女座星系,你会发现她如此迷人,就好像我们在看一面镜子。究竟结果,它也是个旋涡星系。仙女座星系有两条旋臂,而银河系有四条(外加一个棒)。等等,不合错误,红外波段的观测表明银河系实际上只有两条旋臂,不,还是不合错误,射电波段的观测确实表明有四条旋臂。

遥望银河系的另外一端

在这幅由艺术家所描绘的银河系图景中标出了太阳所处的位置,以及另外一侧处在盾牌—南十字臂中的恒星形成区(水分子脉泽源G007.47+00.05)

事实证明,揭示银河系的基本结构是一项困难的任务,其缘故原由在于,我们不克不及像仙女座星系那样一窥银河系的全貌。首先,尘埃带阻挡了可见光的视线,为了看穿尘埃和气体,天文学家只能求助于波长更长的电磁波;再者,我们本身就处于围绕银心旋转的星云和群星之中,这对我们辨别天体距离的能力是一项考验。

如今,来自德国马克斯·普朗克射电天文研究所的阿尔贝托·桑娜(Alberto Sanna)与同事在10月13号的《科学》杂志上发表了一篇概念性文章,用一种纯几何方法描绘银河系的远端。

描绘银河系

星系中的大部分距离都是经由过程天体运动确定的。星云和恒星都围绕银心运转,如果测量它们的光谱,我们就可以发现谱线发生蓝移或者红移。这取决于天体是靠近还是远离我们。但这项技术也有它的问题。设想圆轨道在银心附近失效,恒星轨道由于棒的存在而发生畸变。另外一个问题是,在太阳轨道以内环绕银心运行的天体距离是不置可否的:测到的速度可能对应两个距离,一个近距离,一个远距离(译者注:与太阳同处银心一侧的对应近距离,处于不同侧的对应远距离。单凭多普勒效应不克不及区分二者)。

所以,当托马斯·达姆(Thomas Dame)和帕特里克·萨迪厄斯(Patrick Thaddeus)(两人皆就职于哈佛大学史密森尼天体物理中心)在银河系的远端发现了被称为“盾牌—南十字臂”的部分旋臂片段时,他们想进一步确认。2011年的时候,达姆与萨迪厄斯考察了天空中的射电旌旗灯号,并将注意力集中于115千兆赫的发射旌旗灯号,这些旌旗灯号来自68000光年外的银河系远端一些正在形成恒星的星云,但是,这个距离的测定来自于星云速度的测量。

后续的关于HII区——也就是由新生恒星放出的紫外辐射在星云中雕刻出的空洞——的观测也表明,那里的恒星确实诞生于银河系外缘区域。它们的距离同第一个测量值一致,但它同样也是由星云速度间接推导出的。

目下当今,一项新的测量手段比以往几十种方法都更能检测到外侧旋臂的存在。这是因为桑娜和她的同事不再依赖速度测量,而是基于“视差”来测定源的距离:一种纯几何的、极其精确的距离测量。

这里选定的源被称为“水分子脉泽”,它就像是一大片水分子从新生恒星那里吸满了紫外辐射,然后将全部能量一股脑地在22.2千兆赫的微波波段辐射出去。国际天文学家小组利用甚长基线阵列(VLBA)监测天空中的水分子脉泽源相对背景源的位置。这就像是你盯着面前手指的位置,与背景尴尬刁难比,手指的位置似乎会随观看角度的变化而变化(例如左眼和右眼)。手指越远,手指的移动距离也越小(就VLBA而言,观看角度随地球围绕太阳的周年运行而变化)。

遥望银河系的另外一端

天文学家在地球轨道相对的两端分别测定天体的位置,然后经由过程其移动的角度来测量水分子脉泽源的距离。这种方法被称为三角视差法

测量所得的视差角为0.049毫角秒(也就是0.000049角秒!),这相当于66500光年的距离。这项测量清楚理解理睬,精度难以置信。它可以作为一类概念的可行性证明。在未来的几年里,VLBA将继续追踪像水分子脉泽源这样在天空中运动的遥远天体,测量它们的视差,以期描绘出银河系的整体结构。

合作者马克·里德(Mark Reid,就职于哈佛大学史密森尼天体物理中心)预言:“在接下来的十年中,我们应该能得到一幅相当完整的图像。”

即将到来的惊喜?

这些未来的结果也许蕴藏着惊喜,就像过去的研究那样。

在迈克尔·费斯特(Michael Feast,南非开普敦大学)的一项研究中,他使用了一种全然不同的方法来描绘银河系的远端——造父变星。亨利艾塔·勒维特(Henrietta Leavitt)曾于1908年发现此类变星的光变周期与亮度成正比。这使得它们成为理想的量天尺。(造父变星也是一类年轻的恒星,所以就像水分子脉泽和HII区一样,它们与恒星形成区紧密相关。)

费斯特在银河系的远端也发现了一些造父变星,但它们都位于比水分子脉泽源更遥远的地方——甚至远达72000光年。

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如图所示,费斯特与同事在银河系平面的上部和下部发现的五颗造父变星。作者认为它们可能属于盾牌—南十字外臂(OSC),后者位于银盘外沿区域,但最新的观测结果显示,这些造父变星似乎比OSC臂更远。右侧的黄色小球代表太阳,四周包围的是当时已知的一些近距离的造父变星

Robin Catchpole (University of Cambridge, UK)

盾牌—南十字外臂(OSC)的发现者达姆也是前述视差论文的合作者,当造父变星的论文刚一出来的时候,他还觉得这结果也许意味着是自己在一入手下手就低估了OSC臂的距离。但是利用视差法所得的结论与他先前的估计完全一致,这就表明那些年轻的造父变星处在OSC臂的外围。

“所以关于费斯特的造父变星我也不知道该说什么了,”达姆评论道,“也许它们处在一条比OSC臂更靠外的旋臂上,但是目前还没有其他证据证实这条旋臂的存在。”

当VLBA继续它关于银河系旋臂结构的艰辛工作之时,看看它还能发现些什么是一件有趣的事。尽管过程艰辛且耗时巨大,但无论如何,新的观测表明这项技术完全可以在未来十年内描绘出银河系的远端图景(消除不确定性)。

作者:Monica Young

翻译:沈环宇

责任编辑:解仁江

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