2019年2月5日凌晨，國(guó)際科學(xué)期刊《自然》天文子刊(Nature Astronomy)在線發(fā)布我國(guó)天文學(xué)家的一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。此項(xiàng)成果是科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)由恒星展示的銀河系恒星外盤驚人的翹曲結(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。
▲銀河系銀盤示意圖
此項(xiàng)成果是由西華師范大學(xué)天文系系主任鄧?yán)畈叛芯繂T帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)完成，成員包括西華師大兼職教授、澳大利亞麥考瑞大學(xué)理查德·迪何銳思。
星系盤并非我們想象的那樣，是一個(gè)很平的圓盤子，而是處于一個(gè)不穩(wěn)定的狀態(tài)。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“翹曲”。大量觀測(cè)表明，大約三分之一的河外盤星系都或多或少的展現(xiàn)出翹曲形狀，銀河系是否也是如此呢?很早就有射電觀測(cè)發(fā)現(xiàn)銀河系的氣體盤呈現(xiàn)出和很多河外星系一樣的翹曲結(jié)構(gòu)，但是關(guān)于恒星盤的形狀一直缺少直接的證據(jù)。
▲上圖：造父變星揭示的銀河系銀盤三維圖，太陽(yáng)(橙色圓形圖標(biāo))并不在翹曲交點(diǎn)線上。kpc為天文距離單位，1kpc大約為3262光年。下圖：翹曲交點(diǎn)線角隨銀心距存在進(jìn)動(dòng)。
“測(cè)量銀河系外盤的距離是十分困難的，而準(zhǔn)確的距離才能讓我們確信外盤的形狀。”國(guó)家天文臺(tái)的陳孝鈿博士如是說。他曾多次來到西華師大參與合作研究。
▲四川天文學(xué)家鄧?yán)畈叛芯繂T
“造父變星是一類中等質(zhì)量的年輕脈動(dòng)變星，比太陽(yáng)重3-20倍，亮約幾萬(wàn)倍。由于它們的脈動(dòng)周期和光度嚴(yán)格相關(guān)，因此可以精確測(cè)定距離，精度可達(dá)到3-5%。”陳孝鈿等人去年發(fā)布的第一個(gè)紅外全天變星星表包含了上千顆銀河系造父變星，這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。1339顆造父變星猶如明燈一樣點(diǎn)亮了被煙霧籠罩的銀河。
從三維空間分布上看，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。
“出乎我們意料，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。” 本文的合作者理查德·迪何銳思指出。
盡管翹曲現(xiàn)象在河外星系中經(jīng)常出現(xiàn)，但是理論家們對(duì)它是如何形成的莫衷一是。一種可能的解釋是外盤受到某種轉(zhuǎn)矩作用而形成。鄧?yán)畈艑?duì)此項(xiàng)成果的總結(jié)是：“銀河系恒星盤翹曲的發(fā)現(xiàn)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。”
