穿越重霧 競(jìng)繪“天河”

——國(guó)際團(tuán)隊(duì)首次畫出銀河系主旋臂

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本報(bào)記者 劉 霞

盡管有很多人月夜徘徊，吟詠出“日月之行，若出其中。星漢燦爛，若出其里”等詩(shī)句，但人們對(duì)遙遠(yuǎn)銀河系的了解仍然很少。

不過，現(xiàn)在這種狀況似乎要改變了。據(jù)13日出版的《科學(xué)》雜志報(bào)道，一個(gè)國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)首次成功描繪了銀河系遠(yuǎn)側(cè)的一個(gè)主旋臂，并進(jìn)一步證實(shí)，銀河系的確有四個(gè)主旋臂。該團(tuán)隊(duì)將再接再厲，進(jìn)一步繪制出銀河系的全景圖。此外，歐洲航天局(ESA)的“蓋亞(Gaia)”探測(cè)器也計(jì)劃為銀河系內(nèi)多達(dá)10億個(gè)物體畫像。這些圖像將進(jìn)一步加深我們對(duì)所謂的“天河”的理解。

資料圖：銀河系附近的數(shù)百個(gè)隱藏的星系。

為銀河系“畫像”很難

19世紀(jì)中葉，愛爾蘭天文學(xué)家威廉·帕森思建造了當(dāng)時(shí)世界上最大的天文望遠(yuǎn)鏡——1.8米長(zhǎng)的“帕森城的利維坦”，并借助這一設(shè)備描述了一些日后被理解為星系星云的旋轉(zhuǎn)形式。在此基礎(chǔ)上，1852年，美國(guó)普林斯頓大學(xué)的斯蒂芬·亞歷山大向《天文學(xué)雜志》投稿稱，從內(nèi)部往外看，銀河系也是一種螺旋星云。

亞歷山大是對(duì)的。但迄今為止，我們對(duì)銀河系的了解并不完全。而從太陽系很難給銀河系畫像，因?yàn)樘栂滴挥阢y河系的盤面上，處于銀河系的一條旋臂——獵戶座旋臂之中，離銀河系中心大概有28000光年。我們觀測(cè)銀河系遠(yuǎn)側(cè)的努力會(huì)受到渺遠(yuǎn)的距離和星際間塵埃與氣體的阻礙，讓我們的視野模糊，尤其是我們想要穿越銀河系中心的重重迷霧時(shí)。

首次繪出銀河系主旋臂

現(xiàn)在，美國(guó)天文學(xué)家在恒星形成區(qū)域的“幫助”下，成功描繪了銀河系一邊遠(yuǎn)側(cè)的主旋臂。這些恒星形成區(qū)域包含由水蒸氣組成的云，這些水蒸氣云在穿透氣體和灰塵的無線電波的照射下會(huì)發(fā)光。通過對(duì)它們進(jìn)行測(cè)量，研究人員對(duì)旋臂上的很多點(diǎn)進(jìn)行了追蹤，從而首次描繪了銀河系一邊的旋臂。

最新研究是國(guó)際合作項(xiàng)目“貝塞爾巡天(BeSSeL Survey)”的最新成果，該項(xiàng)目的目標(biāo)正是直接繪制出銀河系的旋臂。從2010年到2015年，研究團(tuán)隊(duì)耗時(shí)3500個(gè)小時(shí)，使用名為“甚長(zhǎng)基線天線陣(VLBA)”的探測(cè)設(shè)備，來追蹤這些水蒸氣的信號(hào)。VLBA分布在夏威夷和美屬圣克羅伊島上的10面射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合起來可以當(dāng)作一面望遠(yuǎn)鏡使用，因此獲得了迄今為止最高分辨率的圖像。

在整整一年時(shí)間內(nèi)，研究團(tuán)隊(duì)查看了水云相對(duì)更遙遠(yuǎn)星系位置的變化，并根據(jù)視差效應(yīng)計(jì)算出了水云的位置。他們?cè)?.6萬光年處發(fā)現(xiàn)了一個(gè)水云，交叉比對(duì)該水云的位置和運(yùn)動(dòng)，證實(shí)其屬于“盾牌—半人馬臂”(Scutum-Centaurus Arm)的旋臂外層。最新研究也進(jìn)一步證實(shí)，除了“盾牌—半人馬臂”，銀河系還有另外三個(gè)主旋臂，瑞德的團(tuán)隊(duì)將其稱為人馬臂、英仙臂和外臂，而太陽所處的獵戶臂位于人馬臂和英仙臂之間。

新研究結(jié)果引起科學(xué)界重大反響。紐約瓦薩學(xué)院的天文學(xué)家黛布拉·艾爾姆格林表示，新結(jié)果為繪制銀河系全景圖奠定了重要基礎(chǔ)。哈佛—史密森天體物理中心的托馬斯·達(dá)蒙接受《新科學(xué)家》雜志采訪時(shí)表示，他們或許能在10年內(nèi)繪制出一幅精確而完整的銀河系全景圖。

爭(zhēng)相繪制“天河”全景圖

除了這組科學(xué)家，世界各地還有其他團(tuán)隊(duì)也在試圖給銀河系繪制全景圖。比如，日本科學(xué)家正在利用與BeSSeL同樣的方法來為銀河系繪制全景圖；而巴西團(tuán)隊(duì)則在使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)繪制新生的恒星簇“畫像”，這些恒星在穿越銀河系塵埃的紅外光照射下會(huì)閃爍。BeSSeL團(tuán)隊(duì)計(jì)劃明年使用位于澳大利亞的無線電陣列，來查看銀河系僅在南半球可見的那一部分。

當(dāng)然，這場(chǎng)為銀河系繪“全身像”比賽最有競(jìng)爭(zhēng)力的參與者，非歐洲航天局的“蓋亞”探測(cè)器莫屬。據(jù)稱，2018年4月，“蓋亞”探測(cè)器將發(fā)布銀河系超過10億個(gè)物體(大多數(shù)是恒星)的3D圖。這幅圖或許能以前所未有的細(xì)節(jié)展示旋臂，尤其是較近的旋臂。

不過，“蓋亞”并不能揭示銀河系的全部，它有屬于自己的“阿喀琉斯之踵”——“蓋亞”主要工作在光學(xué)波段，也就是說，它對(duì)銀河系銀盤的探測(cè)深度將會(huì)受到塵埃的限制。而塵埃不影響射電觀測(cè)，所以BeSSeL目前正在探測(cè)的區(qū)域是“蓋亞”無法觸及的。

獲得完整而詳細(xì)的銀河系圖譜將有助于科學(xué)家對(duì)其他天體物理學(xué)問題的理解。例如，知道某個(gè)雙星系統(tǒng)——一對(duì)正在旋轉(zhuǎn)的中子星的位置，將可以進(jìn)一步測(cè)試愛因斯坦的廣義相對(duì)論，而此項(xiàng)研究將有望沖擊諾貝爾獎(jiǎng)。

但瑞德的目標(biāo)更簡(jiǎn)單：“我只是想看清銀河系的樣子，這似乎是一件很酷的事情。”

(科技日?qǐng)?bào)北京10月15日電)

[責(zé)任編輯：楊凡、賈曉宇]

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