銀河系銀盤示意圖(圖片來自中科院國家天文臺)

在很多人的想象中，宇宙中的星系像一個(gè)個(gè)很平的圓盤子。然而事實(shí)上，大量的觀測結(jié)果表明，很多巨大的星系盤會逐漸向上或向下卷起，形成“炸薯片”一樣的彎曲性狀，天文學(xué)家稱這種現(xiàn)象為“翹曲”。大約有三分之一的河外盤星系都或多或少地展現(xiàn)出這種翹曲形狀。
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那么我們?nèi)祟惿娴你y河系是怎么樣的呢？我國天文學(xué)家的一項(xiàng)最新研究揭開了這一謎題，他們的研究成果已于2019年2月5日由《自然-天文》雜志在線發(fā)布。
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中國科學(xué)院國家天文臺博士后陳孝鈿、研究員鄧?yán)畈?、劉超等?lián)合澳大利亞麥考瑞大學(xué)教授Richard de Grijs以及北京大學(xué)博士后王舒組成的國際合作團(tuán)隊(duì)，首次發(fā)現(xiàn)銀河系恒星外盤具有驚人的翹曲結(jié)構(gòu)。
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此前早有射電觀測發(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，卻一直缺少直接的證據(jù)。這是因?yàn)闇y量銀河系外盤的距離十分困難，只有測量出了準(zhǔn)確的距離，才能讓人們確信外盤的形狀。
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2018年，陳孝鈿等人發(fā)布了第一個(gè)紅外全天變星星表，其中包含了上千顆銀河系造父變星。正是這批像珍珠般寶貴的恒星指示出了銀河系年輕恒星盤的形狀的絕佳示蹤體。
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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，其脈動周期和光度嚴(yán)格相關(guān)。它們可以被用來精確測定距離，精度可達(dá)3～5%。1339顆造父變星，就像一顆顆明燈一樣，點(diǎn)亮了被宇宙塵?；\罩的銀河。
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在宇宙三維空間，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”型。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。
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“出乎人們意料的是，造父變星的恒星盤結(jié)構(gòu)和銀河系氣體盤的結(jié)構(gòu)非常一致。更重要的是，這個(gè)翹曲的'S’形狀還存在著逐漸扭轉(zhuǎn)的螺旋樣式。”Richard de Grijs說。
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科研人員還發(fā)現(xiàn)，從銀心向外翹曲呈現(xiàn)復(fù)雜的進(jìn)動現(xiàn)象。如果把銀盤看成是由很多同心環(huán)組成的，那么它在某一半徑處的圓環(huán)的東邊會翹起來一點(diǎn)，而它外面的圓環(huán)則在東偏南一點(diǎn)點(diǎn)翹起，再向外一環(huán)翹起的位置又偏向南一點(diǎn)。也就是說，每個(gè)同心環(huán)翹起的位置是隨著半徑而有一個(gè)逐步偏移，這個(gè)現(xiàn)象就是進(jìn)動。科研人員觀察到，外盤翹曲的進(jìn)動在一個(gè)半徑范圍內(nèi)相比于銀盤轉(zhuǎn)動要超前，又在另一個(gè)半徑范圍內(nèi)會落后。
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盡管翹曲現(xiàn)象在河外星系中經(jīng)常出現(xiàn)，但是對這種翹曲現(xiàn)象到底怎么形成？理論家們一直莫衷一是。劉超認(rèn)為，轉(zhuǎn)矩假說可以解釋復(fù)雜的翹曲進(jìn)動現(xiàn)象。“關(guān)于翹曲的成因，一種可能是由于外盤在轉(zhuǎn)動過程中受到了外力的作用，通俗地講，也就是它被'拽’扭曲了。”
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雖然還有很多難題待解，但銀河系恒星盤翹曲的發(fā)現(xiàn)更新了人類對銀河系形狀的認(rèn)識，同時(shí)也對外盤起源提供了決定性的觀測證據(jù)。中科院國家天文臺恒星與恒星系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家鄧?yán)畈耪J(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)為人們最終理解銀河系這樣的巨大盤星系是如何形成和演化的提供了關(guān)鍵的線索。