宇宙中的芭蕾舞者，6亿年旋转一圈的裙边——银河翘曲

2020-07-22新闻13

简介：天文学家试图利用银河系绕银河系中心行进时跟随其旋转。

早在几十年以前，天文学家们就已经发现了银河是弯曲的这一事实。如今，他们试图着在当翘曲围绕银心运动时，跟随它进行旋转。

弯曲的银河（图源：Stefan Payne-Wardenaar; Magellanic Clouds: Robert Gendler / ESO）

我们也许会被照片误导

从各种各样的星系照片中，我们可以看到壮观的漩涡星系、模糊的椭圆星系，以及混乱的不规则星系，它们如同凝固在时间里一般，纹丝不动。但实际上，这些星系一直都在运动之中。

M101(NGC5457)风车星系（图源：European Space Agency）

M66(图源：ESO)

M63向日葵星系（图源：NASA)

例如，太阳以大约每秒230公里(515,000英里/小时)的速度绕着银河系中心旋转。事实上，我们银河系中的大多数恒星（不是所有）都在绕着银心进行旋转。

在银河系在远离银心的外缘区域，呈弯曲的形状，一边向上摆，另一边向下摆。边缘的星星也会跟随着摆动，如小船一样在波浪中上下摇晃。科学家对这些运动展开了测量研究，利用欧洲航天局的盖亚卫星（the European Space Agency’s Gaia satellite）来测量翘曲围绕银河旋转的惊人速度，他们的研究结果发表在3月2日的《自然-天文学》杂志上。

欧洲航天局的航天探测器“盖亚”（图源：ESA–D. Ducros, 2013）

银河系翘曲

早在之前，科学家就已知，虽然银河系的内部两万光年以内是扁平的，如同一个非常薄的煎饼，但它的外部边缘却是弯曲的。太阳绕银心运转的轨道位于平坦的区域，因此，如果你向银心的反方向，朝着人马座方向的夜空望去，你就能看到银河系的外缘，也就是银河系开始弯曲的地方。

银河系的弯曲幅度是非常细微的。事实上,天文学家首次发现这一现象，还是由银河系外缘中性氢气带来的信号所知,因为在遥远的距离中，中性氢气会比星体更容易探测到。

现在，我们利用盖亚卫星，收集到超过10亿颗银河系恒星的位置和运动相关数据。去年，科学家们利用盖亚收集到的造父变星的数据，精确地绘制出了翘曲的形状。现在，来自意大利国家天体物理研究所天文学家爱罗伊沙·波乔（Eloisa Poggio)和她的同事再次聚焦盖亚，将研究转向银河系翘曲，去探究弯曲如何发生，以及它是如何绕银心进行旋转。

银河中心（图源：2MASS/G.Kopan，R.Hurt）

无数的巨星

研究人员先从盖亚的目录中选择了超过1260万颗巨星，观察它们是如何相对于银道面进行向上或向下运动。

尽管对这些恒星运动的测量只进行了很短一段时间，但这些数据已为研究人员提供了足够的信息来预测未来翘曲的变化情况。

来自意大利都灵天文观测站的合著者罗纳德·德里米勒（Ronald Drimmel）补充道：“这就像有一辆车，我们试图在很短的时间内测量这辆车的速度和行驶方向，然后基于这些数据来模拟这辆车过去和未来的轨迹。同样地，通过测量天空中数百万颗恒星的运动，我们可以模拟更大规模的运动过程，如翘曲的运动。”

来自欧洲航天局(European Space Agency)的恒星观测者盖亚任务(Gaia)的数据显示，银河系盘上的翘曲是进动的，基本类似于一个旋转晃动陀螺。研究小组收集了距离银河系中心52000光年外的巨星的数据。（图源：Stefan Payne-Wardenaar; Inset: NASA / JPL-Caltech; Layout: ESA）

一次相互作用的影响

研究人员发现，银河系翘曲正沿着星系旋转的方向，以约10公里/秒的速度顺行，远离银心。这意味着，在26000光年(8千帕秒)外太阳所在的位置，翘曲以80公里/秒的速度进动，也就是说我们的恒星正以比翘曲还要快的速度运行。太阳绕银河系旋转一周大约需要2.5亿年，而翘曲要长得多，大约需要6到7亿年。

然而，这一翘曲的运动速度比一些理论预测的要快得多。尽管在测量翘曲的旋转速度时存在一些不确定性，但结果足以表明翘曲并不是一开始就存在的。其他几条证据表明，在一次与一个矮星系相互作用中，银河系有可能会暂时变得更加弯曲。