銀河系的一條旋臂可能繞整個銀河系

 

藝術家想象圖:從遙遠的北銀極(Pole Galactic North)看銀河系螺旋臂結構
星際空間中恒星形成的區域

這張銀河系的圖片顯示了盾牌-南十字臂可能的延伸情況

我們所處的太陽系本身就位于銀河系之內,因此要想象銀河系的整個全景就是一個很微妙的問題。事實上,直到1852年,天文學家斯蒂芬·亞歷山大(Stephen Alexander)才第一次提出銀河系可能是渦旋形的。從那時候開始,隨著時間推移,越來越多的發現不斷修正著我們對銀河系的認識。

幾十年來,天文學家一直認為銀河系具有4條旋臂。旋臂由無數的恒星和正在形成恒星的氣體組成,以螺旋形向外延伸。2008年,從斯皮策太空望遠鏡獲得數據顯示,銀河系似乎只有兩條旋臂,而且核心的棒狀結構比預期的更大。然而,根據一個中國天文團隊的近期研究,銀河系的一條旋臂可能比以往認為的延伸更長,幾乎環繞整個銀河系。

這一旋臂名為盾牌-南十字臂(又稱半人馬臂),發源于銀河系棒狀結構的一端,經過太陽系和銀河系中心之間,延伸到銀河系的另一端。數十年來,天文學家一直認為這條旋臂到那里就終止了。

然而,在2011年的時候,哈佛-史密森天體物理中心的天文學家托馬斯·達姆(Thomas Dame)和帕特里克·撒迪厄斯(Patrick Thaddeus)發現,盾牌-南十字臂中本應該出現在銀河系另一端的物質,也同時出現在了太陽系之外。根據南京紫金山天文臺天文學家孫燕及其同事的研究,盾牌-南十字臂延伸的距離可能遠大于此。他們采用了一種新的方法,對銀河系中心之外46000到67000光年之間的氣體云進行了分析。他們探測到了48種新的星際氣體云,同時還有24種之前已被觀測到的氣體云。

為了進行研究,孫燕及其同事采用了由“銀河系圖像畫卷項目”(Milky Way Imaging Scroll Painting project)提供的射電望遠鏡數據。該項目對星際塵埃云進行掃描,尋找由一氧化碳氣體釋放出來的無線電波。一氧化碳氣體在星際空間中十分豐富,僅次于氫氣,但更容易被射電望遠鏡探測到。

這些信息,加上“加拿大銀道面巡天”(Canadian Galactic Plane Survey,主要尋找氫氣)的數據,使孫燕等人推斷出,這72種星際氣體云排列在一條長度為30000光年的旋臂片段上。此外,他們還在論文中稱:“這一新的旋臂像是托馬斯·達姆和帕特里克·撒迪厄斯在前幾年(2011)發現的那條遙遠旋臂的延伸,也像是進入了外第二象限的盾牌-南十字臂。”

這就意味著,這一旋臂不僅是銀河系中最大的一條旋臂,而且是唯一能夠以360度環繞銀河系的旋臂。這樣的發現是前所未有的,在其他渦旋星系中還沒有觀測到類似的情形。

《科學美國人》(Scientific American)引用托馬斯·達姆的話稱:“這很罕見。我打賭你需要仔細觀察數十張渦旋星系的圖片,才能找出這樣一個星系,說服你自己可以在那里找到一條環繞360度的旋臂。”

當然,這項研究中還存在著一些問題。例如,在達姆和撒迪厄斯于2011年發現的旋臂片段與孫燕等人發現的旋臂片段開端之間,存在著明顯的間隔——距離為40000光年。這意味著孫燕等人發現的星際氣體云也可能不是盾牌-南十字臂的一部分,而是屬于另一個旋臂的片段。

如果這一猜測是真的,那就意味著銀河系中可能存在著好幾條“向外”的旋臂片段。另一方面,未來的研究將對上述間隔區域進行進一步的研究,揭示銀河系旋臂結構的美麗與奧秘。