銀河系的身份終於搞清楚啦！棒旋星系，有4條旋臂

2023-03-31 18:15:30 1

著名雜誌《科學美國人》最近發表了由美國科學院m Reid院士和南京大學空科學研究所鄭教授聯合撰寫的封面文章，總結了南京大學k manten教授和德國馬克斯·普朗克射電天文學研究所領導的國際團隊15年來對銀河繫結構的研究成果。

該團隊使用非常長的基線幹涉測量法精確測量了位於銀盤上的近200顆大質量恆星的距離和自身運動，獲得了銀河系旋臂的結構、太陽系的位置及其圍繞銀河系中心的旋轉速度，並繪製了一張新的銀河繫結構圖，比例尺為10萬x 10萬光年。這張地圖是迄今為止銀河系最精確的結構圖。

迄今為止，銀河系最精確的結構圖清楚地表明，銀河系是一個有四個旋臂的棒狀螺旋星系，即英仙座旋臂、人馬座旋臂、尺子旋臂和盾形旋臂。基本上解決了銀河系中有多少旋臂的重大科學問題，這個問題在天文學中一直沒有解決。

1926年，哈勃根據星系的形狀將其分為三類:橢圓星系、螺旋星系和不規則星系。後來，它被分為五類:橢圓星系、透鏡狀星系、螺旋星系、棒狀螺旋星系和不規則星系。

旋渦星系是觀察到的數量最多、最美麗的星系。它的形狀像河流中的漩渦，因此得名。這種類型的星系在其對稱平面附近包含大量的擴散物質，從正面看像一個旋渦。從側面看，它是梭形的。仙女座星雲和三角星雲都是這種類型的星系外系統。

棒狀螺旋星系是一種穿過星系核心的棒狀結構的螺旋星系。因此，螺旋星系的代號是S型，而棒螺旋星系的代號是SB型。無論是螺旋星系還是杆狀螺旋星系，通常在S或SB後接字母A、B、C和其他英文字母，以表示旋臂的緊密度。a表示最緊，C表示最松。

旋轉臂從杆的兩端伸出。有些杆的長度是寬度的5倍。一些杆狀旋轉星系甚至有幾個不同大小的中心杆。在這樣的星系中，中心棒整體旋轉，也就是說，距離棒中心不同的恆星具有相同的角速度。在棒外，不同距離的恆星的角速度是不同的。塵埃主要聚集在棒的中心，而恆星形成區和氣體雲分布在棒的兩端。

起初，科學家認為銀河系是一個只有兩條旋臂的螺旋星系，即英仙座旋臂和半人馬座旋臂。一般來說，螺旋波星系的核球形狀接近球形，但銀河系的核球相對來說是正方形的，因此科學家對銀河系的分類有疑問。

發生這種情況的原因是，銀河系的直徑估計約為10萬到18萬光年。太陽系遠離銀河系的中心，它的位置靠近銀盤的中心表面。因此，我們看到的所有旋臂都重疊並投射在天球上，無法區分。如果我們能精確測量旋臂上足夠多的天體與太陽之間的距離，我們就能知道銀河系的旋臂結構。然而，緻密的塵埃和氣體分布在銀板上，導致銀河系旋臂上天體的光輻射非常嚴重地消失。即使使用大型光學望遠鏡，也只能看到銀盤上6000光年以內的天體，這遠遠小於銀河系的大小。

這也是為什麼起初科學界認為銀河系只有兩個旋臂，並由此推斷出銀河系是一個螺旋星系。

後來，隨著無線電和紅外天文學的興起。天文學家用射電和紅外望遠鏡發現，除了有光輻射的物體之外，還有更多的射電和紅外輻射物體在光學系統中不可見，在銀河系旋臂上的大質量恆星形成區產生了冷分子氣體和塵埃，它們可以用作銀河繫結構的示蹤物體。更重要的是，無線電和紅外輻射可以穿透星際介質(氣體和塵埃)，穿透銀河平面到達銀河系邊緣。這基本上駁斥了銀河系是一個螺旋星系的論點。目前，科學家認為銀河系的代號是SBbc型(一個有小核球和鬆散旋臂的棒狀螺旋星系)

著名科學家Bissantz和Gerhard在2002年根據核球的光度分布獲得了三軸杆結構與太陽銀心之間角度的最佳擬合值，其長度約為3.5千帕，三軸之比為1: 0.4: 0.3。此外，根據最新的光度研究和理論模型約束，銀河系棒的半長軸約為4Kpc，棒的轉速約為40Km/s/Kpc，銀河系的總旋轉半徑約為4.6Kpc

這一次，由南京大學的克明頓教授和德國的馬克斯·普朗克射電天文學研究所領導的國際小組花了15年時間測量了銀板上163個質量恆星形成區的脈澤源的自運動和距離。結合其他國際團體測量的37個脈澤源，獲得了銀河系近200個質量恆星形成區的距離和自運動。銀盤上這些巨大恆星形成區的分布清楚地描繪了四個主要的旋臂。它進一步證實了銀河系是一個棒狀螺旋星系。

銀河系的棒狀結構是如何形成的？科學界對這個問題仍然沒有答案，但是為什麼旋臂不會消失呢？

因為我們知道旋臂是由從星系核心延伸出來的旋渦和棒狀旋渦組成的區域。這些細長的區域類似於漩渦。螺旋星系(杆狀旋轉星系是具有穿透星系核的杆狀結構的螺旋星系)的旋轉很差。當它們圍繞星系中心旋轉時，位於星系最外圍(邊緣)的恆星比靠近中心的恆星移動得更快。內部旋轉角速度大於外部角速度。旋臂應該纏繞得越來越緊，最終完全纏繞在一起，最終使旋臂完全消失。

密度波理論認為渦旋結構並不總是由相同的質量組成。它本質上是物質集中的低引力勢區的一種波型。恆星不會永遠停留在旋臂上。恆星以近乎圓形的軌道圍繞星系中心旋轉。在運動過程中，恆星會進入然後離開旋臂。當恆星進入旋臂後，由於旋臂區域的恆星密度和引力場強度，速度會變慢。但是另一方面，速度的減慢導致恆星聚集在一起，增加了密度並加強了引力場。因此，一旦螺旋臂模式出現，該模式將保持自身。