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Aug. 12 2019

全新觀測星圖顯示,銀河系的邊緣竟像「水波蛋」!

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  • 美國加州一處高山湖泊上空的銀河拱橋。我們位在銀河系的一條旋臂內,從這個位置來看,銀河系圓盤恆星密集的內部區域就像是條明顯的恆星帶,但我們很難想像在大尺度下的銀河系形狀。PHOTOGRAPH BY BABAK TAFRESHI, NAT GEO IMAGE COLLECTION

  • 全新觀測星圖顯示,銀河系的邊緣竟像「水波蛋」!

如果我們能從外頭觀察銀河系,我們的家園星系看起來並不是扁平的盤狀構造,反而比較像是個從漏勺滑下的水波蛋。

美國加州一處高山湖泊上空的銀河拱橋。我們位在銀河系的一條旋臂內,從這個位置來看,銀河系圓盤恆星密集的內部區域就像是條明顯的恆星帶,但我們很難想像在大尺度下的銀河系形狀。PHOTOGRAPH BY BABAK TAFRESHI, NAT GEO IMAGE COLLECTION

美國加州一處高山湖泊上空的銀河拱橋。我們位在銀河系的一條旋臂內,從這個位置來看,銀河系圓盤恆星密集的內部區域就像是條明顯的恆星帶,但我們很難想像在大尺度下的銀河系形狀。PHOTOGRAPH BY BABAK TAFRESHI, NAT GEO IMAGE COLLECTION

對我們家園星系最新的3D測繪顯示,我們的銀河系並不像個飛盤那樣平坦,而是呈現扭曲的形狀。如果從側面看去,旋臂環繞著銀河系突起的核心,就像是把一張唱片彎曲成S形,或者像是顆從漏勺輕輕滑下的水波蛋。

「銀河系的扭曲非常明顯……如果我們能從側面觀察銀河系,就能看得很清楚。」波蘭華沙大學(University of Warsaw)的多洛塔.斯科沃倫(Dorota Skowron)說道。她的團隊在8月1日出版的《科學》(Science)期刊上發表了最新的研究成果。

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↑↑↑↑↑101科學教室:恆星

星系扭曲

銀河系是個寬約12萬光年的螺旋星系,有四條大旋臂環繞著銀河中心,而我們的太陽系位在其中一個小旋臂上,距離銀河系中心約2萬6000光年遠。

在銀河系的盤面上,靠近中心的恆星和氣體分布大多較薄而扁平。但是,大約從太陽到銀心的距離開始,銀河系就開始扭曲,呈現一側向上彎,而另一側向下彎的樣子。

至於銀河系的邊緣,就更隨意了:銀河系的盤面向外發散,寬度從500光年延展至超過3000光年。而扭曲則更為明顯,有些恆星甚至分散在銀河盤面上下5000光年遠的地方。

斯科沃倫說:「我們認為,這樣的扭曲可能是由於銀河系與周圍的衛星星系產生交互作用所導致。」她指出,現在的銀河系周圍環繞著一大群矮星系(dwarf galaxy)。「還有些理論認為,扭曲是由於和星系際氣體或暗物質(dark matter)交互作用所形成。」她表示這些看不見的物質,占了宇宙物質總量的85%。

其實,發現扭曲的螺旋星系一點也不稀奇。迄今為止,天文學家已經在以側面朝向地球的星系中,觀測到了大量星系扭曲的情形。像是我們的近鄰──巨大的螺旋星系仙女座星系(Andromeda Galaxy),也和銀河系一樣是扭曲的星系。但由於我們身處銀河系內部,想要看清我們自己星系的大尺度結構,卻更加困難。

聰明妙點子

斯科沃倫及她的團隊利用了2431顆經典「造父變星」(Cepheid variable stars),來測繪銀河系。

造父變星的亮度有時候是太陽的好幾千倍,它會週期性地變亮又變暗,且亮度變化的週期與其本身光度密切相關。天文學家藉由監測這些脈動,可以知道這些恆星應該有多亮,就能利用恆星的本身光度計算出確切的距離。這樣的計算關係,是由哈佛學院(Harvard College)的天文學家亨麗埃塔.史旺.勒維特(Henrietta Swann Leavitt)於1912年首次確認。

多年來,斯科沃倫和她的團隊一直在觀測這些年輕巨大恆星的週期性脈動,甚至還監測了位在銀河系邊緣的這類恆星。他們所使用的設備是安裝在智利一座望遠鏡上頭的光學重力透鏡(OGLE)儀器,此外也使用了其它幾架望遠鏡。當他們畫出了這2431顆恆星的精確距離之後,竟發現所呈現出的銀河系3D星圖是扭曲的。

「他們利用準確的距離,精確地測繪出銀河系的結構,」法國貝桑松天文台(Besançon Astronomical Observatory)天文台的安妮.羅賓(Annie Robin) 說道,她先前利用氣體在銀河系盤面的分布和運動情形製作了類似的星圖。

她表示,「他們的結果和我們用氣體所畫出的星圖顯然一致。」

恆星爆發

斯科沃倫和她的夥伴還發現,有幾群造父變星是在最近──以宇宙尺度而言──才突然出現。研究團隊找到分屬三個不同區域的恆星群,年齡從2000萬年至2億6000萬年不等,而且都分布在數條銀河系旋臂上的狹小範圍內。

和這些恆星比起來,銀河系裡已知最古老的恆星年齡可是有100億至130億年這麼久。

全新觀測星圖顯示,銀河系的邊緣竟像「水波蛋」!

全新觀測星圖顯示,銀河系的邊緣竟像「水波蛋」!

在像銀河系這樣的星系中,目前每年新生成的恆星數量寥寥可數,我們仍不太清楚究竟是什麼導致了最近的這場恆星形成爆發。羅賓指出,高密度區域的緩慢移動,會壓縮星際雲內的氣體和塵埃,引發恆星形成。而斯科沃倫則推測,可能是最近銀河系與經過附近的矮星系產生交互作用,才導致大量恆星生成。

「我們必須記得,造父變星這種恆星相對來說較為年輕,」斯科沃倫表示,「這表示我們只能利用造父變星來研究我們星系較近期的歷史……因此,銀河系較早期的歷史還有許多奧秘等著我們去發現。」

 

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