http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2015-04-05
凤凰科技讯 北京时间3月13日消息，据科学日报报道，一项最新发现表明银河系可能比之前估计的大50%，这项由美国伦斯勒理工学院伦斯勒科学学院物理学、应用物理学和天文学教授韩第·周·纽柏格(Heidi Jo Newberg)带领的国际科学家小组进行的研究揭示了银盘其实有着好几个同心圆波纹。他们重新调查了斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey，缩写为SDSS）的天文数据，后者在2002年确定了银河系已知盘面以外肿胀的恒星环的存在。
最新发现银河系至少是估计大小的1.5倍
“本质上来说，我们发现银行系的银盘不仅是扁平平面上的恒星盘——它其实是缩成波纹的，” 韩第· 纽柏格教授这样说道。“以太阳为中心向外辐射，我们至少能够观测到银盘里的四重波纹。虽然我们只能利用这些数据观测部分银河系，但我们猜测这一样式应该存在整个银盘。”
更重要的是，这项发现展示了之前确定的环状特征其实只是银盘的一部分，这导致银河系的宽度从之前估计的10万光年延伸到12万光年，文章主要作者、中国国家天文台（它属于位于北京的中国国家科学院的一部分）的科学家徐岩（Yan Xu）这样说道，他曾是伦斯勒理工学院的访问学者。
“随着科学家的深入研究，他们观测到在距离银河系5万光年的位置恒星数量迅速减少，随后在距离银河系6万光年的地方开始出现一个恒星环。”徐说道。“我们现在观测到的这个环其实是银盘的一个波纹。在更远处可能有更多波纹，只是我们目前尚未观测到。”
这项由美国国家科学基金会部分资助的研究被发表在《天体物理学》期刊上。纽柏格、徐和合作作者利用斯隆数字巡天的数据展示了银河系银道面两边——也就是从太阳开始朝远离银河系核心的方向——主序星数量存在振荡的不对称性。换句话说，当我们从太阳朝外看，银盘的中平面被扰乱了，一会上，一会下，然后再上，然后再下，一直反复。
“拓展我们对银河系结构的知识是非常重要的，” 美国国家卫生基金会项目经理格伦·兰斯顿（Glen Langston）这样说道。“美国国家卫生基金会非常自豪能够为科学家们描绘银河系的形状、不断拓展未知领域提供支持。”
这项最新研究是基于2002年的一项发现——纽柏格确定了麒麟座星环(Monoceros Ring)的存在，后者是位于银河系外边缘、从银道面鼓起来的“高度密集的”恒星。在那时，纽柏格注意到在麒麟座星环和太阳之间另一个高度密集恒星的证据，然而他无法进一步查明真相。随着从斯隆数字巡天获得更多数据，研究人员开始着手揭开这一谜题。
“我想要查清楚另一个高度密集的恒星是什么，” 纽柏格说道。“这些恒星之前被认为是银盘恒星，但它并不符合银盘恒星的密度分布，因此我猜想它们可能属于另一个环，或者一个高度分裂的矮星系。”
当他们重新调查这些数据时，他们发现了四个异常现象：一个位于银盘北部距离太阳2千秒差距(kiloparsecs)（1千秒差距约3260光年），一个位于银盘南部距离太阳4-6千秒差距，第三个位于北部8-10千秒差距的位置，而第四个位于南部，与太阳距离为12-16千秒差距。麒麟座星环与第三个波纹相关。研究人员进一步调查发现振荡与银河系旋臂位置相对齐。纽柏格表示这些发现支持了其它近期研究，包括一项理论发现——矮星系或者暗物质肿块经过银河系时可能会产生相似的波纹效应。事实上，这些波纹可能会最终被用于测量银河系暗物质的团块结构。
“这非常类似你朝静止的湖面扔一颗石子——波纹将会从撞击点传播开来，” 纽柏格说道。“如果一个矮星系穿过这个银盘，它将在进入时引力拔起银盘，在穿过银盘离开时将它向下拖动，这就产生了一个不断向外传播的波纹样式。”这项研究得到了美国国家卫生基金会、中国国家科学基金会和中国国家重点基础研究发展计划的资金支持。
纽柏格目前正在研究银河系的结构和进化，他主要利用恒星作为银晕和银盘的追踪物。这些恒星被用于追踪银河系暗物质的分布。纽柏格曾参与了斯隆数字巡天， 现在她是大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST）美国参与者的负责人，这一合作项目使得美国天文学家可以参与对700多万颗恒星的调查。（编译/严炎刘星）
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为什么所有的星系都在像风车一样的转动？
银河系
在浩瀚的宇宙中，太阳系所在的银河系是一个漩涡星系，常常引起人们幻觉的是，如此大规模的恒星群、气体、行星和其他天体都是旋转的，犹如风车一样。不禁要问，这是为什么呢？
早年，天文学家对银河系全面分析发现，银河系还比较特别，中心有一个恒星组成的长达2.7万光年的“恒星棒”，至少有10万光年的半径，而像这种中央区拥有类似棒状结构的“同类分子”都被归为棒状漩涡星系（又称棒旋星系）。
天文学家分析称，当漩涡星系的引力密度波输送的大量气体进入到星系核心时，就会形成这种恒星组成的“棒”；与此同时，这也是恒星众“新生子”的养料；更有那些几乎在每个星系都盘踞着的大质量黑洞，亦不客气地利用气体携带来的“食物”而“大快朵颐”一番。
银河系相当巨大，在其所处星系群中列居第二。它主要由质量和年龄不尽相同的数以千亿计的恒星和星际介质（气体和尘埃）所组成。它们大都密集地分布在银河系对称平面附近，其余部分则散布在银盘上下近于球状的银晕里。
恒星和星际介质在银盘内也不是均匀分布的，而是更为密集地分布在由银河中心伸出的几个螺旋形旋臂内，成条带状。一般分布在旋臂内的恒星，年轻而富金属。而散落在银晕里的恒星则是年老而贫金属的。其中最老的恒星年龄达150亿年，有的恒星早已衰老并通过超新星爆发将内部所合成的含有重元素的碎块连同灰烬一起喷射到银盘上。
由于在棒旋结构星系中，上了点年纪的红色恒星要远多于年轻的蓝色恒星，天文学家进一步预测认为：在中央出现了一根棒状结构，意味着该旋涡星系已走过了作为高产出的“恒星工厂”阶段，就像人从青年期正稳步迈入中年期一样，正如我们所在的银河系。而在整个宇宙尚且年轻之时，旋涡星系中具有棒状结构的不超过1/5，而现在棒旋星系的比例超过了2/3，这种观测结果无疑与天文学家作出的理论预测相符。
棒旋星系在运动方面的特征是，核心常为一个大质量的快速旋转体，运动状态和空间结构复杂，棒状结构内部和附近的气体和恒星都有非圆周运动；星系盘在星系的外部似乎居主要地位，占星系质量的很大一部分。
那么，为何这样大规模的恒星群、气体、行星和其他天体如同风车一样在旋转？根据美国国家射电天文台观测，它会每秒270公里的速度飞驰，大约需要2亿年完成一次旋转。这是为什么呢？
首先，弄清太阳系围绕银河系中心绕上一周需要多长时间。根据美国国家地理杂志称，大约是2.25亿年。也就是说，我们现在所处的位置与恐龙开始在地球上出现时所在的位置重合。
然后，科学家使用一组射电望远镜甚大基线数组绘制这个自旋状况。据美国国家射电天文台观测，研究人员观察了恒星形成的地方，特别注意到那些区域，气体分子增强了无线电发射。
随着地球在其轨道上移动，这些分子的变化可以映射更远处的物体。测量这一转变显示出整个星系是如何转动的，甚至可以提供关于银河系质量的信息。
据物理学家组织网近日报道，天文学家假设，如果我们回到早期的宇宙中，一些地方有大量的氢和氦，密度比其他地区浓厚。在密集的地区，在星系形成初期，气体聚集；最厚的区域坍塌成星形物。
研究人员说：“这些恒星很快燃烧成为球状星团，但重力使其继续崩溃成云，接着，它们形成旋转盘。这个旋转的盘，凭借着重力，吸引了更多的气体和尘埃，形成盘状星系。在盘内，新的恒星形成。而保持在原来云的裙边是球状星团，以及由气体、尘埃和暗物质组成的光环。”
换一个简单的方式思考，如果你把面团向空中如掷球般抛出，面团自旋产生一个扁平的圆盘，像一个披萨，正如你在银河系中观察到的比较复杂的形式，更不用说其他星系了。
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