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天文新知

首幅3D精細地圖呈現令人意外的銀河系扭曲外貌

我們的銀河系是個所謂的螺旋星系(spiral galaxy),絕大部分的恆星分佈在扁平的盤面上,稱之為「銀盤(Galactic disk)」。然而,根據澳洲雪梨的麥考瑞大學(Macquarie University)Richard de Grijs和中國科學院( Chinese Academy of Sciences)天文學家陳孝鈿(Xiaodian Chen)等人最新研究繪製的首幅銀河系3維立體精細地圖顯示:銀河系並不是先前認為的那樣扁平而穩定,而是呈現離銀河中心愈遠、扭曲愈嚴重的狀況。這項關於銀河系形狀的新發現,將有助於天文學家進一步瞭解銀河系內的恆星運動以及銀河盤面的起源。相關論文發表在自然天文(Nature Astronomy)期刊上。

藝術家筆下扭曲的銀河盤面。Credit: Xiaodian Chen (National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences)

銀河系盤面寬約10萬光年,我們的太陽系位在離銀河中心約3萬光年的位置上,跟銀河系其他數千億顆恆星一樣,受到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左右。然而,離銀心的黑洞愈遠,重力愈薄弱;在銀盤最外圍之處,氫原子是銀河系氣體盤的最主要成分,而且這些氫原子也不在被限制成扁薄平面上,使銀盤被扭曲成S形外觀。

這些天文學家表示: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一個新的典型造父變星(classical Cepheids)星表,包含了1339顆典型造父變星,距離準確度則可達3~5%。透過這個資料庫,他們繪製了第一幅銀河系的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的意外,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10來個星系有這樣逐漸扭曲成螺旋狀型態的狀況。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後,陳孝鈿等人發現銀河系扭曲的螺旋型態極可能是肇因於大質量內銀盤的「轉矩(torque),或者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,其亮度可達太陽的100,000倍左右。恆星質量這麼大,顯示它們演化速度也很快,所以在很年輕的時候,就因核心的核融合反應停止而步入生命後期,有時候它們的生命短到只有數百萬年而已。這些造父變星因體積周期性的膨脹收縮而使亮度產生變化,光變周期從數天到數個月不等;而其光變周期長短與其絕對亮度有關(稱為光周關係),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;這在天文上是已知甚久且相當可靠的天體距離測量方式。
 
資料來源:ScienceDaily

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