借助欧洲南方天文台(ESO)的可见光和近红外巡天望远镜(VISTA),两个天文学家团队已经绘制了银河系中央区域最佳的三维(3D)地图。他们发现,从某个角度看去,我们星系的内核具有花生状或X形结构。这个古怪形状是根据VISTA的公共数据,并结合了对中央核球区上百颗极暗恒星的运动测量后得出的。
从侧边看去,银河系的模拟效果图。大图下载:6.4MB,版权:ESO,研究者团队,下同。
对星系而言,最重要、质量最大的部分是核球区。这个庞大的中央区域包含大约100亿颗的恒星、延伸数千光年,但它的结构和起源却迄今仍不清楚。
不幸的是,虽然我们处于星系盘中,但大约2.7万光年外的核球区却被稠密的气体尘埃云严重遮蔽。天文学家能够获得良好观测条件的只有长波段,比如能够透过尘埃云的红外光。
ESO拉西亚天文台3.6米望远镜和头顶的银河系核心,在光学波段,大量的尘埃带把核心完全遮蔽。大图:17.1MB;版权:ESO,S.
Brunier。
来自2毫米红外巡天项目的早期观测已经暗示,银河系核球有着神秘的X形结构。现在两个科学家团队,借助ESO多个望远镜的新观测数据,获得了清晰得多核球结构。
第一个团队来着德国加尔兴市的马克斯—普朗克地外物理研究所(MPE),使用位于智利帕拉纳尔天文台的VISTA望远镜的银河系变星巡天(VVV)项目的数据(注1)。这个新巡天项目比此前同类项目能够探测到暗弱3倍的核球区恒星。团队总共鉴别出2200万颗特别的红巨星(!),这是一类被广泛研究的恒星,可以分析计算它们的距离(注2)。
VVV巡天图像的一角:繁星密布的核球区。巨图:519MB。
第一个团队的首席作者、MPE的克里斯托弗?维格(Christopher
Wegg)解释说:“VISTA恒星表的深度远远超过以往的工作,我们能在整个区域包括被严重遮蔽的区域看到所有的恒星成员。通过恒星的(距离)分布,我们就能够绘制核球区的三维结构。这是我们首次不通过假设的核球模型确定其形状。”
第一个研究报告的合作者、MPE动力学项目的领导Ortwin
Gerhard(注3)补充道:“我们发现,银河系内核的形状,从侧边看去,像个花生;从上方看去,则有着细长的棒。这是我们首次清晰看到银河系的结构,而对我们星系群的模拟以及其他的研究都显示,这种X型结构是棒旋星系脱离纯粹的旋涡星系的星系盘时所特有的。”
由ESO圣地亚哥总部及智利天主教大学博士Sergio
Vásquez
领导的第二个国际团队,采用另外的方法确定核球的结构。他们比较了11前由ESO和马克斯—普朗克地理研究所(MPG)合作的2.2米望远镜拍摄的图像。通过结合测量这些恒星在视线方向是朝向还是离开地球运动(光谱测量——译注),他们确定了400多颗恒星的立体运动(注4)。
Vásquez总结说:“这是我们首次获得核球区各个方向的大批单个恒星的3D运动数据。这些恒星似乎随着X形核球的旋臂流动,它们的轨道在银道面上下浮沉。这与最先进的模型模拟非常相符。”
从银河系北极看到的模拟图,已经标出了旋臂。大图:33.3MB。版权:ESO,NASA,JPL,R.Hunt团队。
天文学家认为,银河系最初只有纯粹的星系盘(旋涡星系),大约在数十亿年前开始形成扁扁的星系棒(注5)。接着,星系的内部区域就开始向X形核球发展。
两份研究报告都发表在《天文学和天体物理学》上。
附注
1、VVV巡天代表银河系变星VISTA巡天项目。这是VISTA望远镜实施的6个大型巡天项目之一,其数据通过ESO科学数据库对整个国际科学组织公开。
2、在本研究中,实际采用的是红巨星的一类——红群集,它们可以当作标准烛光看待:该阶段的红巨星光度,基本上可以忽略年龄和化学成分的影响。因为气体和尘埃对恒星的遮蔽程度可以通过统计红群集的颜色获得(红外光能透过尘埃),因此它们未受影响的实际光度分布就可以确定;又因为红群集的本征光度几乎相同,这样就能获得它们的距离。VVV巡天项目良好地覆盖了整个银河系的核球区,故此通过测量核球就能构建其3D结构。
3、类似的花生状结构已经在其他星系的核球区发现,并符合计算机模型的预测:花生外形是恒星轨道形成X形结构导致的。
哈勃拍摄的NGC 4710,大图:5.6MB。
4、对恒星径向速度的观测由ESO的甚大望远镜上的光纤多元素大阵列摄谱仪(FLAMES)和拉斯坎帕纳斯天文台的IMACS光谱仪实施。
5、包括银河系在内的许多星系,拥有穿过星系核心的细长结构——星系棒。
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