銀河系星盤不是平的？我國天文學家解謎：更像「炸薯片」狀

銀河系銀盤示意圖。中科院國家天文台供圖

記者 丁佳

在很多人的想像中，星系盤就像宇宙中一個個很平的圓盤子。然而事實上，大量的觀測結果表明，很多巨大的星系盤會逐漸向上或向下捲起，形成「炸薯片」一樣的彎曲性狀，天文學家稱這種形狀為「翹曲」，大約有三分之一的河外盤星系都或多或少地展現出這種翹曲形狀。

然而，人類生存的銀河系是怎麼樣的呢？直到北京時間2月5日凌晨，《自然-天文》雜誌在線發布了我國天文學家的一項最新研究成果時，這一謎題才終於被揭開。

在這篇論文中，中國科學院國家天文台博士後陳孝鈿、研究員鄧李才、研究員劉超等聯合澳大利亞麥考瑞大學教授Richard de Grijs及北京大學博士後王舒組成的國際合作團隊，首次發現了銀河系恆星外盤具有驚人的翹曲結構。

其實，很早就有射電觀測發現，銀河系的氣體盤呈現出和很多河外星系一樣的翹曲結構，但是關於恆星盤的形狀，卻一直缺少直接的證據。

論文第一作者陳孝鈿分析，這是因為測量銀河系外盤的距離是十分困難的，只有準確的距離才能讓人們確信外盤的形狀。

2018年，陳孝鈿等人發布了第一個紅外全天變星星表，其中包含了上千顆銀河系造父變星，而這批像珍珠般寶貴的恆星正是指示銀河系年輕恆星盤的形狀的絕佳示蹤體。

造父變星是一類中等質量的年輕脈動變星，比太陽重3~20倍，亮約幾萬倍，它們的脈動周期和光度嚴格相關，因此可以用來精確測定距離，精度可達到3~5%。

1339顆造父變星就像一顆顆明燈一樣，點亮了被煙霧籠罩的銀河。

從三維空間分布圖中，科研人員發現，距離銀河系中心越遠，這些造父變星就越偏離銀盤面，整體呈「S」型。如果面向銀心並讓北銀極朝上，那麼左手邊的銀盤會朝上（北）捲起，右手邊的則相反。

「出乎人們意料的是，造父變星的恆星盤結構和銀河系氣體盤的結構非常一致。更重要的是，這個翹曲的『S』形狀還存在著逐漸扭轉的螺旋樣式。」Richard de Grijs說。

不僅如此，科研人員還發現，從銀心向外翹曲呈現複雜的進動現象。如果把銀盤想像成是由很多同心環組成的，那麼它某一半徑處的圓環東邊翹起來一點，它外面的圓環則在東偏南一點點翹起，再向外一環翹起的位置又向南一點。這樣，每個同心環翹起來的位置隨著半徑而有一個逐步偏移，這個現象就是進動。

科研人員觀察到，外盤翹曲的進動在一個半徑範圍內相比於銀盤轉動超前，又在另一個半徑範圍內落後。

那麼，這種翹曲現象到底是怎麼形成的呢？儘管翹曲現象在河外星系中經常出現，但是理論家們對它的成因一直莫衷一是。

劉超認為，轉矩假說可以解釋複雜的翹曲進動現象。「關於翹曲的成因，一種可能是由於外盤在轉動過程中受到了外力的作用，通俗地講，它被『拽』扭曲了。」

雖然還有很多難題待解，但銀河系恆星盤翹曲的發現更新了人類對銀河系形狀的認識，同時也對外盤起源提供了決定性的觀測證據。本文的合作者、中科院國家天文台恆星與恆星系統團隊首席科學家鄧李才認為，這一發現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鍵的線索。

http://dx.doi.org/10.1038/s41550-018-0686-7

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