首幅 3D 精細地圖呈現令人意外的銀河系扭曲外貌

作者 | 發布日期 2019 年 02 月 13 日 9:15 | 分類 天文 follow us in feedly


銀河系是所謂的螺旋星系(spiral galaxy),大部分恆星散布在扁平盤面,稱之為「銀盤」(Galactic disk)。然而,據澳洲雪梨麥考瑞大學(Macquarie University)Richard de Grijs 和中國科學院(Chinese Academy of Sciences)天文學家陳孝鈿(Xiaodian Chen)等最新研究繪製的首幅銀河系 3D 立體精細地圖顯示:銀河系並不是先前認為的扁平穩定,而是離銀河中心愈遠、扭曲愈嚴重。這項關於銀河系形狀的新發現,有助於天文學家進一步了解銀河系內的恆星運動及銀河盤面起源。相關論文發表在《自然天文》(Nature Astronomy)期刊。

銀河系盤面寬約 10 萬光年,太陽系在離銀河中心約 3 萬光年的位置,跟銀河系其他數千億顆恆星一樣,受銀心超大質量黑洞的重力束縛,隨著銀河系自轉而繞著銀河中心運動,銀盤自轉一圈約需數億年。然而,離銀心黑洞愈遠,重力愈薄弱;銀盤最外圍之處,氫原子是銀河系氣體盤的最主要成分,且這些氫原子也不限制在扁薄平面上,使銀盤扭曲成 S 形外觀。

天文學家表示:要確認太陽到銀河系外側氣體盤的距離非常困難,因為先前並不清楚氣體盤的真實形狀。陳孝鈿等人近期發表了新的典型造父變星(classical Cepheids)星表,包含 1339 顆典型造父變星,距離準確度可達 3%~5%。透過這資料庫,他們繪製了第一幅銀河系 3D 精細地圖,範圍可達銀河系極外圍之處。

最後結果出乎陳孝鈿等人意外,因為造父變星和銀河系氣體盤的分布狀況,吻合度相當高;這個現象可提供天文學家有關銀河系形成過程的新線索。更重要的是,銀河系盤面外圍區域呈現逐漸扭曲成 S 形的螺旋狀型態。陳孝鈿等人想起先前其他觀測資料,也曾發現約十來個星系有這種逐漸扭曲成螺旋狀型態狀況。因此將這些早期觀測結果和他們的最新銀河系研究結果互相結合,陳孝鈿等人發現銀河系扭曲的螺旋型態極可能肇因於大質量內銀盤的「轉矩」(torque),或說是轉動迫使的變形。

典型造父變星是質量約太陽 4~20 倍左右的年輕恆星,亮度可達太陽 10 萬倍左右。恆星質量這麼大,顯示演化速度也很快,所以在很年輕的時候,就因核心核融合反應停止而步入生命後期,有時候生命短到只有數百萬年。這些造父變星因體積週期性膨脹收縮,使亮度產生變化,光變週期從數天到數個月不等;而其光變週期長短與絕對亮度有關(稱為光週關係),再透過絕對亮度和視亮度的比較(稱為距離模數),便可估算出距離訊息;這在天文是已知甚久且相當可靠的天體距離測量方式。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:中國科學院