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中国科学院天文学家陈孝钿等人绘制出首幅银河系三维精细地图

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我们的银河系是个螺旋星系,绝大部分的恒星分布在扁平的盘面上,称之为星系盘。然而,根据澳大利亚悉尼的麦考瑞大学理查德德何锐思和中国科学院天文学家陈孝钿等人最新研究绘制的首幅银河系3维立体精细地图显示:银河系并不是先前认为的那样扁平而稳定,而是呈现离银河中心愈远、扭曲愈严重的情况。这项关于银河系形状的新发现,将有助于天文学家进一步了解银河系内的恒星运动以及星系盘的起源。相关论文已经发表在自然天文期刊上。

银河系盘面宽约10万光年,我们的太阳系位在离银河中心约3万光年的位置上,跟银河系其他数千亿颗恒星一样,受到银心超大质量黑洞的引力束缚,随着银河系自转而绕着银河中心运动,银盘自转一圈需要几亿年。然而,离银心的黑洞愈远,引力越薄弱;在银盘最外围之处,氢原子是银河系气体盘的最主要成分,而且这些氢原子也不再被限制成扁薄平面上,使银盘被扭曲成S形外观。

要确认太阳到银河系外侧气体盘的距离非常困难,因为先前并不清楚气体盘的真实形状。陈孝钿等人近期发表一个新的典型造父变星星表,包含了1339颗典型造父变星,距离准确度则可达3~5%。透过这个数据库,他们绘制了第一幅银河系的3D精细地图,范围可达银河系极外围之处。典型造父变星是质量约为太阳4~20倍左右的年轻恒星,其亮度可达太阳的十万倍左右。恒星质量这么大,显示它们演化速度也很快,所以在很年轻的时候,就因核心的核融合反应停止而步入生命后期,有时候它们的生命短到只有数百万年而已。这些造父变星因体积周期性的膨胀收缩而使亮度产生变化,光变周期从数天到数个月不等;而其光变周期长短与其绝对亮度有关(称为光周关系),再透过绝对亮度和视亮度的比较(称为距离模数),便可估算出距离信息;这在天文上是已知甚久且相当可靠的天体距离测量方式。

最后结果出乎陈孝钿等人的意外,因为造父变星和银河系气体盘的分布状况,吻合度相当高;这个现象可提供天文学家有关银河系形成过程的新线索。更重要的是,银河系盘面外围区域呈现逐渐扭曲成S形的螺旋状型态。联系起先前其他观测数据,也曾发现约10来个星系有这样逐渐扭曲成螺旋状型态的状况。将这些早期观测结果和他们的最新银河系研究结果互相结合后,陈孝钿等人发现银河系扭曲的螺旋型态极可能是由于大质量内银盘的扭矩,或者说是转矩迫使的变形。

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