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银河系的身份终于搞清楚啦!棒旋星系,有4条旋臂

时间:2020-04-25 13:26:17 作者: 来源:成都邑信消防网 手机阅读

著名杂志《科学美国人》最近发表了由美国科学院m Reid院士和南京大学空科学研究所郑教授联合撰写的封面文章,总结了南京大学k manten教授和德国马克斯·普朗克射电天文学研究所领导的国际团队15年来对银河系结构的研究成果。

该团队使用非常长的基线干涉测量法精确测量了位于银盘上的近200颗大质量恒星的距离和自身运动,获得了银河系旋臂的结构、太阳系的位置及其围绕银河系中心的旋转速度,并绘制了一张新的银河系结构图,比例尺为10万x 10万光年。这张地图是迄今为止银河系最精确的结构图。

迄今为止,银河系最精确的结构图清楚地表明,银河系是一个有四个旋臂的棒状螺旋星系,即英仙座旋臂、人马座旋臂、尺子旋臂和盾形旋臂。基本上解决了银河系中有多少旋臂的重大科学问题,这个问题在天文学中一直没有解决。

1926年,哈勃根据星系的形状将其分为三类:椭圆星系、螺旋星系和不规则星系。后来,它被分为五类:椭圆星系、透镜状星系、螺旋星系、棒状螺旋星系和不规则星系。

旋涡星系是观察到的数量最多、最美丽的星系。它的形状像河流中的漩涡,因此得名。这种类型的星系在其对称平面附近包含大量的扩散物质,从正面看像一个旋涡。从侧面看,它是梭形的。仙女座星云和三角星云都是这种类型的星系外系统。

棒状螺旋星系是一种穿过星系核心的棒状结构的螺旋星系。因此,螺旋星系的代号是S型,而棒螺旋星系的代号是SB型。无论是螺旋星系还是杆状螺旋星系,通常在S或SB后接字母A、B、C和其他英文字母,以表示旋臂的紧密度。a表示最紧,C表示最松。

旋转臂从杆的两端伸出。有些杆的长度是宽度的5倍。一些杆状旋转星系甚至有几个不同大小的中心杆。在这样的星系中,中心棒整体旋转,也就是说,距离棒中心不同的恒星具有相同的角速度。在棒外,不同距离的恒星的角速度是不同的。尘埃主要聚集在棒的中心,而恒星形成区和气体云分布在棒的两端。

起初,科学家认为银河系是一个只有两条旋臂的螺旋星系,即英仙座旋臂和半人马座旋臂。一般来说,螺旋波星系的核球形状接近球形,但银河系的核球相对来说是正方形的,因此科学家对银河系的分类有疑问。

发生这种情况的原因是,银河系的直径估计约为10万到18万光年。太阳系远离银河系的中心,它的位置靠近银盘的中心表面。因此,我们看到的所有旋臂都重叠并投射在天球上,无法区分。如果我们能精确测量旋臂上足够多的天体与太阳之间的距离,我们就能知道银河系的旋臂结构。然而,致密的尘埃和气体分布在银板上,导致银河系旋臂上天体的光辐射非常严重地消失。即使使用大型光学望远镜,也只能看到银盘上6000光年以内的天体,这远远小于银河系的大小。

这也是为什么起初科学界认为银河系只有两个旋臂,并由此推断出银河系是一个螺旋星系。

后来,随着无线电和红外天文学的兴起。天文学家用射电和红外望远镜发现,除了有光辐射的物体之外,还有更多的射电和红外辐射物体在光学系统中不可见,在银河系旋臂上的大质量恒星形成区产生了冷分子气体和尘埃,它们可以用作银河系结构的示踪物体。更重要的是,无线电和红外辐射可以穿透星际介质(气体和尘埃),穿透银河平面到达银河系边缘。这基本上驳斥了银河系是一个螺旋星系的论点。目前,科学家认为银河系的代号是SBbc型(一个有小核球和松散旋臂的棒状螺旋星系)

著名科学家Bissantz和Gerhard在2002年根据核球的光度分布获得了三轴杆结构与太阳银心之间角度的最佳拟合值,其长度约为3.5千帕,三轴之比为1: 0.4: 0.3。此外,根据最新的光度研究和理论模型约束,银河系棒的半长轴约为4Kpc,棒的转速约为40Km/s/Kpc,银河系的总旋转半径约为4.6Kpc

这一次,由南京大学的克明顿教授和德国的马克斯·普朗克射电天文学研究所领导的国际小组花了15年时间测量了银板上163个质量恒星形成区的脉泽源的自运动和距离。结合其他国际团体测量的37个脉泽源,获得了银河系近200个质量恒星形成区的距离和自运动。银盘上这些巨大恒星形成区的分布清楚地描绘了四个主要的旋臂。它进一步证实了银河系是一个棒状螺旋星系。

银河系的棒状结构是如何形成的?科学界对这个问题仍然没有答案,但是为什么旋臂不会消失呢?

因为我们知道旋臂是由从星系核心延伸出来的旋涡和棒状旋涡组成的区域。这些细长的区域类似于漩涡。螺旋星系(杆状旋转星系是具有穿透星系核的杆状结构的螺旋星系)的旋转很差。当它们围绕星系中心旋转时,位于星系最外围(边缘)的恒星比靠近中心的恒星移动得更快。内部旋转角速度大于外部角速度。旋臂应该缠绕得越来越紧,最终完全缠绕在一起,最终使旋臂完全消失。

密度波理论认为涡旋结构并不总是由相同的质量组成。它本质上是物质集中的低引力势区的一种波型。恒星不会永远停留在旋臂上。恒星以近乎圆形的轨道围绕星系中心旋转。在运动过程中,恒星会进入然后离开旋臂。当恒星进入旋臂后,由于旋臂区域的恒星密度和引力场强度,速度会变慢。但是另一方面,速度的减慢导致恒星聚集在一起,增加了密度并加强了引力场。因此,一旦螺旋臂模式出现,该模式将保持自身。

换句话说,旋臂由密度波峰的痕迹组成。波形与物质无关,而是以不同的角速度运动。相对运动速度平均约为30公里/秒。正是这种运动维持了螺旋星系的规则外观,也解决了由固定物质的螺旋臂旋转不良造成的缠绕困难。

准稳态密度波理论预测了旧恒星旋臂和气体旋臂的位置偏差。

在进入旋臂重力势阱后,恒星会在那里停留一段时间,然后随其轨道移动。星际气体进入悬臂时的突然压缩可能触发恒星的形成,这也成功地解释了明亮的年轻恒星集中在悬臂上的现象。

我们的太阳系在哪里?研究小组发现,我们生活的太阳系不在四个主旋臂上,而是非常接近一个独立于四个主旋臂的局部旋臂。本地臂位于英仙座臂和人马座臂之间,长约20,000光年,比先前估计的要大得多。它的形状和富含质量的恒星形成区可以与其他四个主要的螺旋臂相比。

局部手臂可能不是孤立的手臂部分,但最有可能是与英仙座和人马座相邻的手臂部分。太阳距离银河系中心26000光年,围绕银河系中心以236公里/秒的速度旋转,这意味着大约需要2.12亿年才能形成一个圆。太阳几乎在银板块的中心平面上,它与中心平面的垂直距离约为20光年,比之前估计的82光年要小。

这项研究使我们对银河系的了解更进了一步,但无论是螺旋星系还是棒状螺旋星系,我们的了解仍然很肤浅。

浩瀚的宇宙仍在等待我们去探索!

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