穿越重霧 競繪天河——國際團隊首次畫出銀河系主旋臂

銀河系素描圖。天文學家穿越銀河系中央的重重迷霧，繪制出恆星形成區域的圖譜，並夯實了一些觀點：銀河系有四個主旋臂。

圖片來源：《新科學家》雜志官網

盡管有很多人月夜徘徊，吟詠出“日月之行，若出其中。星漢燦爛，若出其裡”等詩句，但人們對遙遠銀河系的了解仍然很少。

不過，現在這種狀況似乎要改變了。據13日出版的《科學》雜志報道，一個國際科研團隊首次成功描繪了銀河系遠側的一個主旋臂，並進一步証實，銀河系的確有四個主旋臂。該團隊將再接再厲，進一步繪制出銀河系的全景圖。此外，歐洲航天局（ESA）的“蓋亞（Gaia）”探測器也計劃為銀河系內多達10億個物體畫像。這些圖像將進一步加深我們對所謂的“天河”的理解。

為銀河系“畫像”很難

19世紀中葉，愛爾蘭天文學家威廉·帕森思建造了當時世界上最大的天文望遠鏡——1.8米長的“帕森城的利維坦”，並借助這一設備描述了一些日后被理解為星系星雲的旋轉形式。在此基礎上，1852年，美國普林斯頓大學的斯蒂芬·亞歷山大向《天文學雜志》投稿稱，從內部往外看，銀河系也是一種螺旋星雲。

亞歷山大是對的。但迄今為止，我們對銀河系的了解並不完全。而從太陽系很難給銀河系畫像，因為太陽系位於銀河系的盤面上，處於銀河系的一條旋臂——獵戶座旋臂之中，離銀河系中心大概有28000光年。我們觀測銀河系遠側的努力會受到渺遠的距離和星際間塵埃與氣體的阻礙，讓我們的視野模糊，尤其是我們想要穿越銀河系中心的重重迷霧時。

首次繪出銀河系主旋臂

現在，美國天文學家在恆星形成區域的“幫助”下，成功描繪了銀河系一邊遠側的主旋臂。這些恆星形成區域包含由水蒸氣組成的雲，這些水蒸氣雲在穿透氣體和灰塵的無線電波的照射下會發光。通過對它們進行測量，研究人員對旋臂上的很多點進行了追蹤，從而首次描繪了銀河系一邊的旋臂。

最新研究是國際合作項目“貝塞爾巡天（BeSSeL Survey）”的最新成果，該項目的目標正是直接繪制出銀河系的旋臂。從2010年到2015年，研究團隊耗時3500個小時，使用名為“甚長基線天線陣（VLBA）”的探測設備，來追蹤這些水蒸氣的信號。VLBA分布在夏威夷和美屬聖克羅伊島上的10面射電望遠鏡聯合起來可以當作一面望遠鏡使用，因此獲得了迄今為止最高分辨率的圖像。

在整整一年時間內，研究團隊查看了水雲相對更遙遠星系位置的變化，並根據視差效應計算出了水雲的位置。他們在6.6萬光年處發現了一個水雲，交叉比對該水雲的位置和運動，証實其屬於“盾牌—半人馬臂”（Scutum-Centaurus Arm）的旋臂外層。最新研究也進一步証實，除了“盾牌—半人馬臂”，銀河系還有另外三個主旋臂，瑞德的團隊將其稱為人馬臂、英仙臂和外臂，而太陽所處的獵戶臂位於人馬臂和英仙臂之間。

新研究結果引起科學界重大反響。紐約瓦薩學院的天文學家黛布拉·艾爾姆格林表示，新結果為繪制銀河系全景圖奠定了重要基礎。哈佛—史密森天體物理中心的托馬斯·達蒙接受《新科學家》雜志採訪時表示，他們或許能在10年內繪制出一幅精確而完整的銀河系全景圖。

爭相繪制“天河”全景圖

除了這組科學家，世界各地還有其他團隊也在試圖給銀河系繪制全景圖。比如，日本科學家正在利用與BeSSeL同樣的方法來為銀河系繪制全景圖﹔而巴西團隊則在使用衛星數據繪制新生的恆星簇“畫像”，這些恆星在穿越銀河系塵埃的紅外光照射下會閃爍。BeSSeL團隊計劃明年使用位於澳大利亞的無線電陣列，來查看銀河系僅在南半球可見的那一部分。

當然，這場為銀河系繪“全身像”比賽最有競爭力的參與者，非歐洲航天局的“蓋亞”探測器莫屬。據稱，2018年4月，“蓋亞”探測器將發布銀河系超過10億個物體（大多數是恆星）的3D圖。這幅圖或許能以前所未有的細節展示旋臂，尤其是較近的旋臂。

不過，“蓋亞”並不能揭示銀河系的全部，它有屬於自己的“阿喀琉斯之踵”——“蓋亞”主要工作在光學波段，也就是說，它對銀河系銀盤的探測深度將會受到塵埃的限制。而塵埃不影響射電觀測，所以BeSSeL目前正在探測的區域是“蓋亞”無法觸及的。

獲得完整而詳細的銀河系圖譜將有助於科學家對其他天體物理學問題的理解。例如，知道某個雙星系統——一對正在旋轉的中子星的位置，將可以進一步測試愛因斯坦的廣義相對論，而此項研究將有望沖擊諾貝爾獎。

但瑞德的目標更簡單：“我只是想看清銀河系的樣子，這似乎是一件很酷的事情。”（記者劉霞）