銀河系最大氣體結(jié)構(gòu)：將改變對銀河系物質(zhì)形狀認(rèn)識(shí)

天文學(xué)家在銀河系中發(fā)現(xiàn)了迄今為止觀察到的最大氣體結(jié)構(gòu)，這或許將改變?nèi)祟悓︺y河系物質(zhì)形狀的認(rèn)識(shí)。

據(jù)觀測，這個(gè)波浪狀結(jié)構(gòu)長約9000光年，寬約400光年，在銀河系星系盤中央平面上下延伸了約500光年。另一方面，這個(gè)結(jié)構(gòu)又長又薄，形狀類似“池塘里的漣漪”，包含了一個(gè)巨大的“恒星育嬰室（又稱分子云）”，即恒星形成的區(qū)域。

哈佛大學(xué)的研究小組利用歐洲空間局（ESA）的蓋亞任務(wù)（Gaia）獲得的新數(shù)據(jù)，構(gòu)建了銀河系星際物質(zhì)的3D地圖。“我們不知道是什么原因?qū)е铝诉@種形狀，但它可能就像池塘里的一道漣漪，就好像有某種超大質(zhì)量的東西落到了我們的星系之中，”研究作者之一、奧地利維也納大學(xué)的恒星天體物理學(xué)教授胡奧·阿爾維斯（Joao Alves）說，“我們所知道的是，太陽與這個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了相互作用。1300萬年前，當(dāng)它穿過獵戶座時(shí)，它經(jīng)歷了一個(gè)超新星爆發(fā);再過1300萬年，它將再次穿過這個(gè)結(jié)構(gòu)，有點(diǎn)像我們在‘沖浪。”

此次新發(fā)現(xiàn)的這個(gè)巨大的波狀氣體云和塵埃，是銀河系中已知規(guī)模最大的。觀測證據(jù)顯示，巨大的、正在形成恒星的氣體云很大程度上是被其自身的引力束縛的（如恒星、行星和星系等），而不是由外部引力束縛（如地球大氣層）。

該結(jié)構(gòu)是由相互連接的星云組成，其中主要是稠密的氣體和塵埃。它的發(fā)現(xiàn)改變了150年來對銀河系的看法。以往研究人員認(rèn)為，銀河系由鄰近的稠密分子云組成，它們形成了一個(gè)圍繞太陽的膨脹星環(huán)，稱為古爾德帶（Gould Belt）。

1879年，美國天文學(xué)家本杰明·古爾德（Benjamin Gould）首次將古爾德帶描述為一群明亮而巨大的恒星，它們在天空的投影形成了一個(gè)環(huán)。

科學(xué)家將新發(fā)現(xiàn)的這個(gè)波狀結(jié)構(gòu)稱為“拉德克里夫波”（Radcliffe wave），以發(fā)現(xiàn)它的哈佛大學(xué)拉德克里夫高等研究所的名字命名。

“沒有哪位天文學(xué)家預(yù)料到我們的鄰居是一個(gè)巨大的、類似波浪形狀的氣體團(tuán)，也沒有料到它會(huì)形成銀河系的一個(gè)局部分支，”拉德克里夫高等研究所科學(xué)項(xiàng)目的聯(lián)合主任阿麗莎·古德曼（Alyssa Goodman）教授說，“這個(gè)結(jié)構(gòu)的存在迫使我們重新思考對銀河系三維結(jié)構(gòu)的理解。”

歐洲空間局的蓋亞任務(wù)使這項(xiàng)研究成為可能。這是一臺(tái)空間望遠(yuǎn)鏡，于2013年發(fā)射，其任務(wù)是精確測量恒星的位置、距離和運(yùn)動(dòng)。新結(jié)構(gòu)包含了鄰近銀河系大部分的恒星形成區(qū)域，其氣體總量大約相當(dāng)于300萬個(gè)太陽的質(zhì)量。

該結(jié)構(gòu)中還包含了許多以往被認(rèn)為是古爾德帶一部分的“恒星育嬰室”。很長一段時(shí)間以來，天文學(xué)家一直試圖弄清楚，在天空中形成弧形的明亮恒星是否真的在三維空間中形成了一個(gè)環(huán)。

“相反，我們觀察到的是銀河系中我們所知道的最大的連貫氣體結(jié)構(gòu)，它不是以環(huán)狀結(jié)構(gòu)組織起來的，而是形成一個(gè)巨大的、波狀起伏的長絲結(jié)構(gòu)，”阿爾維斯教授說，“太陽離該結(jié)構(gòu)最近的地方只有500光年。它一直就在我們眼前，但直到現(xiàn)在我們才看到它。”

研究人員繪制的三維地圖以全新的視角展示了我們所在的銀河系，提供了一個(gè)全新的銀河系視圖，并很可能為其他重大發(fā)現(xiàn)鋪平道路。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)的詳細(xì)內(nèi)容發(fā)表在近期的《自然》（Nature）雜志上，我們也可以在WorldWide Telescope（微軟推出的一款免費(fèi)天文觀測網(wǎng)站）察看這張三維地圖。

此前，哈佛大學(xué)的研究生凱瑟琳·祖克爾（Catherine Zucker）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)表了兩篇相關(guān)的研究論文，他們利用先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)技術(shù)，繪制出了氣體云中塵埃的三維分布，并對恒星的顏色進(jìn)行了大量的調(diào)查，詳細(xì)描述了“恒星育嬰室”之間的距離。這兩篇論文為此次新發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。在此之前，蓋亞任務(wù)自2013年發(fā)射以來，已經(jīng)幫助天文學(xué)家測量了銀河系中10億顆恒星的距離。

什么是“恒星育嬰室”？

“恒星育嬰室”是指空間中一個(gè)具有稠密星云的區(qū)域，主要由氣體和固態(tài)微塵組成。這種星云又稱為“分子云”，其中氣體和塵埃在不斷收縮。最終，這些星云中的稠密區(qū)域會(huì)收縮并坍縮成恒星。在目前已知的宇宙中，新誕生的恒星都是在分子云中形成的。

蓋亞任務(wù)

歐洲空間局的蓋亞（Gaia）空間望遠(yuǎn)鏡是一項(xiàng)雄心勃勃的任務(wù)，目的是繪制銀河系的三維地圖，并揭示銀河系的組成、形成和演化。自2013年12月發(fā)射以來，蓋亞任務(wù)一直在地球軌道外近160萬公里的地方繞太陽運(yùn)行。

蓋亞任務(wù)在旅程中一直在小心翼翼地拍攝銀河系的圖片，識(shí)別很久以前被銀河系吞噬的小星系中的恒星。預(yù)計(jì)蓋亞將發(fā)現(xiàn)數(shù)以十萬計(jì)的新天體，包括可能在某一天威脅地球的小行星、環(huán)繞鄰近恒星的行星，以及超新星爆發(fā)。

天體物理學(xué)家還希望通過蓋亞任務(wù)更多地了解暗物質(zhì)的分布情況。據(jù)推測，暗物質(zhì)是一種將可觀測到的宇宙維系在一起的不可見物質(zhì)。他們還計(jì)劃觀察恒星及其行星如何使光線偏轉(zhuǎn)，從而檢驗(yàn)愛因斯坦的廣義相對論。

蓋亞空間望遠(yuǎn)鏡擁有10億像素的鏡頭，是迄今為止太空中最大的攝像頭，它的功能非常強(qiáng)大，可以測量1000公里外一根人類頭發(fā)的直徑。這意味著，它對鄰近恒星的定位達(dá)到了前所未有的精度。

蓋亞以兩種方式來繪制銀河系恒星的位置。它既可以精確定位恒星的位置，也能夠通過每顆恒星掃描約70次來繪制它們的運(yùn)動(dòng)軌跡，讓科學(xué)家能夠計(jì)算出地球和每顆恒星之間的距離。這是一項(xiàng)至關(guān)重要的測量。

2016年9月，歐洲空間局發(fā)布了由蓋亞任務(wù)收集的第一批數(shù)據(jù)，其中包括10多億顆恒星的亮度和位置信息。2018年4月，這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)展到對近17億顆恒星的高精度測量。