在浩瀚的宇宙中,銀河系以其獨(dú)特的旋臂結(jié)構(gòu)吸引著科學(xué)家們的目光。這些旋臂,由年輕的恒星、濃密的氣體和塵埃交織而成,不僅是恒星誕生的搖籃,更是銀河系標(biāo)志性的存在。然而,由于我們身處銀河之中,難以窺見(jiàn)其全貌,對(duì)銀河系旋臂的整體認(rèn)知一直存在著局限性。
近日,一項(xiàng)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)的研究成果打破了這一困境。研究團(tuán)隊(duì)基于“銀河畫(huà)卷”一氧化碳分子氣體巡天數(shù)據(jù),成功更新了銀河系外緣旋臂的圖像,極大地拓展了我們對(duì)銀河系的認(rèn)知邊界。這項(xiàng)新圖像覆蓋了銀盤(pán)面上約2/3的方位角,以及銀心距約8-26千秒差距范圍內(nèi)的分子氣體旋臂結(jié)構(gòu),相比以往的觀測(cè)數(shù)據(jù),其覆蓋范圍擴(kuò)大了約1.5倍。
旋臂,這一銀河系的壯美結(jié)構(gòu),其本質(zhì)并非固態(tài)的物理形態(tài),而是由恒星和氣體在星系盤(pán)面中形成的動(dòng)態(tài)高密度區(qū)域。恒星和星際介質(zhì)在旋臂中進(jìn)出,形成了我們所見(jiàn)的旋臂結(jié)構(gòu)。這種動(dòng)態(tài)性,也通過(guò)不同波段圖像中旋臂結(jié)構(gòu)的差異得到了印證,進(jìn)一步支持了密度波理論。
旋臂不僅是銀河系的形象大使,更是其物質(zhì)循環(huán)的核心。在旋臂區(qū)域,原子氣體受到激波驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為分子氣體,聚集成為致密的分子云團(tuán),進(jìn)而孕育出恒星和星團(tuán)。恒星形成后,其輻射和演化晚期的超新星爆炸將能量反饋到周圍環(huán)境,推動(dòng)星際氣體的繼續(xù)循環(huán)演化。這一過(guò)程,深刻影響著銀河系的結(jié)構(gòu)和演化。
然而,觀測(cè)銀河系的旋臂并非易事。由于銀河系盤(pán)面扁薄,且人類居住在離銀心較近的位置,我們難以從外部俯瞰其全貌。因此,實(shí)現(xiàn)銀河系旋臂的觀測(cè)需要大規(guī)模、高效率的巡天觀測(cè)和長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)積累,同時(shí)還需要極高靈敏度的設(shè)備來(lái)穿透塵埃,捕捉到更遙遠(yuǎn)區(qū)域的觀測(cè)信息。
“銀河畫(huà)卷”計(jì)劃,正是為了更清晰地了解銀河系分子氣體的分布而實(shí)施的??茖W(xué)家們利用德令哈13.7米毫米波望遠(yuǎn)鏡,實(shí)施了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的CO巡天項(xiàng)目。自2011年至今,該項(xiàng)目已累積覆蓋了2000多平方度的銀盤(pán)區(qū)域,為我們重新繪制了銀河系太陽(yáng)半徑以外的分子氣體分布圖。
根據(jù)觀測(cè)結(jié)果,科學(xué)家們揭示了外太陽(yáng)圈的三段旋臂結(jié)構(gòu),這些旋臂的長(zhǎng)度從16到43千秒差距不等,最遠(yuǎn)延伸至HI盤(pán)的邊緣地帶。其中,英仙臂和外臂的結(jié)構(gòu)尤為清晰,展現(xiàn)了旋臂間物質(zhì)密度分布的顯著差異。在銀河系盤(pán)的邊緣,約1306個(gè)分子云描繪了最遙遠(yuǎn)的旋臂結(jié)構(gòu)——外盾牌-半人馬臂,這些分子云可能將這一遙遠(yuǎn)的旋臂延伸至更遙遠(yuǎn)的第三象限。
盡管“銀河畫(huà)卷”計(jì)劃為我們提供了更廣闊的視角來(lái)審視銀河系的旋臂結(jié)構(gòu),但仍有許多未解之謎等待我們?nèi)ヌ剿?。例如,在南銀盤(pán)區(qū)域是否也能發(fā)現(xiàn)新的旋臂段?更高靈敏度和分辨率的儀器是否能幫助我們繪制更加連續(xù)完整的螺旋臂圖像?不同相態(tài)的星際介質(zhì)、恒星等示蹤體在螺旋臂中的位置偏移背后的機(jī)制是什么?這些問(wèn)題,都需要我們進(jìn)一步的研究和探索。