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圖為銀河系銀盤示意圖。

中科院國家天文臺供圖

在宇宙當(dāng)中，規(guī)則星系最常見的形態(tài)是一個盤加一個中心核球。其中的“盤”指的就是星系盤。很多人都會認(rèn)為，星系盤就是一個很平的圓盤子，但事實(shí)并非如此。大量觀測表明，很多巨大的星系盤在外盤處都會逐漸向上或向下卷起，整體形成一個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”。大約1/3的河外盤星系都或多或少地展現(xiàn)出翹曲形狀。

那么，我們地球所處的銀河系是否也是如此呢?日前，由中國科學(xué)院國家天文臺陳孝鈿博士、鄧?yán)畈叛芯繂T、劉超研究員等人聯(lián)合澳大利亞麥考瑞大學(xué)理查德·迪何銳思教授及北京大學(xué)王舒博士組成的國際合作團(tuán)隊(duì)首次給出了確定的答案——銀河系恒星外盤也同樣展示出了翹曲結(jié)構(gòu)。該成果于北京時間2月5日由國際科學(xué)期刊《自然·天文》在線發(fā)表。

其實(shí)，很早就有射電觀測發(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)。“測量銀河系外盤的距離十分困難，而準(zhǔn)確的距離才能讓我們重構(gòu)外盤的形狀。”論文第一作者陳孝鈿說。

2018年，陳孝鈿等人發(fā)布了第一個紅外全天變星星表，表中包含了上千顆銀河系造父變星。“造父變星是一類中等質(zhì)量的年輕脈動變星，比太陽重3—20倍，亮約幾萬倍。由于它們的脈動周期和光度嚴(yán)格相關(guān)，因此可以精確測定距離，精度可達(dá)到3%—5%。”陳孝鈿說，這批恒星正是指示銀河系年輕恒星盤的形狀的絕佳示蹤體，它們猶如明燈，點(diǎn)亮了被煙霧籠罩的銀河。從三維空間分布圖中，科研人員發(fā)現(xiàn)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”形;如果面向銀心并讓北銀極朝上，那么左手邊的銀盤會朝上(北)卷起，右手邊的則相反。

盡管翹曲現(xiàn)象在河外星系中經(jīng)常出現(xiàn)，但是理論家們對它是如何形成的莫衷一是。劉超說：“一種可能的解釋是外盤受到某種轉(zhuǎn)矩作用而形成。轉(zhuǎn)矩假說可以解釋復(fù)雜的翹曲進(jìn)動現(xiàn)象，我們的觀測結(jié)果傾向外盤的形成是由巨大的內(nèi)盤轉(zhuǎn)矩主導(dǎo)的。”

鄧?yán)畈疟硎荆y河系恒星盤翹曲的發(fā)現(xiàn)首先更新了人們對銀河系形狀的認(rèn)識，同時也對外盤起源提供了決定性的觀測證據(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。