银河系的形状究竟如何?真相如何得知?调查过程为何困难重重?

银河系的真实形态通过精妙研究终于水落石出。

图解:一位艺术家印象中的银河,位于其中心附近的巨大作用力所造成的变形可见一斑

潮流/中国科学院国家天文台

澳大利亚和中国的天文学家联合证实了,银河是扭曲变形的。

具有讽刺意味的是,由于在试图查明任何物体形态时,存在仅允许进行内部测量的固有难点的限制,这个地球所存在的星系的三维形状一直以来都是个谜团。这项任务被比作站在悉尼城的一个后院里,试图推测整个澳大利亚的形状。

因此,大部分与有关银河的猜想几乎都基于类比法。银河系是漩涡形的,依此推测它可能和其他旋涡星系具有相同的三维形状。其中最近和易于观察的是仙女座,看起来几乎像个松饼。

不过得益于澳大利亚麦格理大学的理查德·德·何锐思(Richard de Grijs)和北京中国科学院的陈晓典领导的研究,我们现在清楚地知道银河系完全不像松饼。

为了精确测量银河系的形状,研究者们标示出了1339个造父变星——每个的亮度都是太阳的近十万倍的巨大脉动星——的方位。由于这些星的亮度变化小,它们在巨型地图绘制工作中被用作参考点。

图解: 船尾座RS是银河系中最亮的造父变星之一,由哈勃空间望远镜拍摄

有关这项研究,银河系由三个重要部分组成——一个气态氢盘,一个包含系统内所有可见物质的恒星盘,和大量的暗物质。氢盘的扭曲几年前就已得知,但其与恒星盘的形状之间是否存在关联还未查明。

经过对银河系和其他星系中造父变星(可经直接观察确定形状)的距离比较,陈晓典、何锐思和同事们发现其正在增长,我们的星系正逐渐扭曲变形。

研究人员表示他们的证据“表明扭曲的源头与受巨大的盘内区所迫的力矩有关。”

这些发现也可能对缩小星系最大组成部分的大小、形状和本质的可能范围有所帮助。

“银河系中的大部分物质都是暗物质,它是宇宙中一个基本的成分。”何锐思说。“但我们完全不知道暗物质到底是什么,或者到底在哪。我们的研究所显示出的银河的形状,或许可以有助于判断暗物质在其中的分布。”这项研究由自然天文学期刊发布。

相关知识

造父变星是一种剧烈脉动的恒星,其直径、温度和亮度按照清晰稳定的周期和振幅不断变化。

一颗造父变星的亮度和脉动周期间存在很强的直接联系,使得造父变星成为测量银河系内外距离的重要宇宙基准。这种经典的造父变星鲁棒性是1908年由亨丽爱塔·勒维特在研究了上千颗麦哲伦云中的变星后发现的。这个发现实现了仅通过观察造父变星的脉动就能得知其实际亮度。由此通过对比其已知亮度和观察到的亮度就可以判断与此星的距离。

图解:三裂星云包含造父变星

造父变星一词(Cepheid )来源于仙王座中的仙王座δ星(造父一),1784年由约翰·古德利克首次识别。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. cosmosmagazine-ANDREW MASTERSON

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