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银河系旋臂结构最新研究成果在国际上引起轰动

2013年6月3日,第222届美国天文学会在印第安纳举行,会上有关银河系旋臂结构的最新研究成果引起了天文学界和众多媒体的瞩目,其中最重要的变化是关于本地臂的形态。

本地臂从银河系旋臂的一个短小的鼓包(spur),上升到可能是主臂的一个分支或者本身就是一个类似主臂的结构。它极大地改变了人类对自己所处的银河系环境的认识。这一科研成果(本地臂的性质)已于2013年5月正式刊登在美国《天体物理杂志》上。《U.S.News and World’s Report(美国新闻与世界报道)》、《SPACE》、《Universe Today》和NRAO(美国国家射电天文台)等多家媒体和网站都争相报道了这一新闻。

 

银河系旋臂结构图:本地臂曾被认为是刺(左图),现或可能为英仙臂(Perseus Arm)主分支(右图)

自从上世纪50年代美国天文学家Morgan发现银河系内太阳附近存在3条短的旋臂结构以来,关于银河系旋臂结构的争论一直没有停止过。至今已经有100多个模型,旋臂数量从2条至5条甚至更多,但没有一个模型得到公认。唯一比较认可的就是本地臂是一个刺或者说鼓包。一氧化碳分子和斯必泽(Spitzer)空间望远镜巡天确实发现了银河系存在物质连续分布的结构,但因为没有办法精确测定这些物质的距离,所以无法精确建立银河系的旋臂结构。

2003年紫金山天文台徐烨研究员和南京大学郑兴武教授联合美国哈佛史密松天体物理中心的Reid研究员和德国马克思普朗克的Menten教授在国际上率先采用直接测量天体距离的方法来建立银河系旋臂结构并且获得了成功。由此推动并建立了一个更大的国际合作团队--贝塞尔(BeSSeL)团队。该项目得到了美国国立射电天文台巨科学工程的支持,共获得横跨全球的甚长基线干涉阵(VLBA)超过5000小时的观测时间,同时还获得了超过300小时的由27面直径为25米天线组成的甚大阵(VLA)和直径为110米的绿岸射电望远镜(GBT)的观测时间。也就是说在最近5-6年内, 贝塞尔项目研究人员每年将获得超过20%的VLBA观测时间,用来观测超过500个大质量恒星形成区的脉泽源。这是美国国立射电天文台历史上,也是世界高精度测量历史上首次对一个项目投入这么多时间。研究人员将有机会多历元的观测大质量恒星形成区成协的脉泽源,利用类星体和脉泽源的相位参考技术,精确地测定脉泽源的位置、自行和视差,从而建立银河系旋臂结构和运动的新模型。

2006年,他们利用三角视差法精确测定了银河系英仙臂的距离,测量精度高达2%,将天体测量的精度提高了100倍。这一成果以题为《银河系英仙臂的距离》作为封面文章发表在国际权威学术期刊《科学》上,被国际同行评价为开创了天文学中三角视差测量天体距离的新纪元。也是中国天文学家第一次以论文第一作者身份亮相《科学》封面。

2007年至今,他们在国外重要天文学杂志ApJ上发表了关于银河系旋转速度和质量的系列最新研究成果文章10多篇。这些研究表明:银河系的旋转速度比以前预计的更快,以前认为是220公里/秒,现在估计约254公里/秒;从而判断银河系的质量更大,大约是目前认定的1.5倍。国外专家认为上述研究是该领域的一项奠基性工作,是银河系结构和运动学研究的一个重大突破。国际合作小组成员Mark Reid博士在2008年美国天文年会上报告了这项最新结果,获得了2008年美国天文年会特别奖。该研究工作在国内被评为2008年十大天文科技进展之一和2009年高等学校自然科学一等奖。

确定银河系本地臂的结构是继2006年确定银河系英仙臂距离之后的关于银河系旋臂结构研究的又一重大成果。在2012年资深天文学家Caswell撰写的关于银河系结构的综述文章中,认为徐烨等人的系列工作是银河系结构领域里的一个里程碑。

到目前为止,贝塞尔团队已经精确测定了80多个银河系内大质量恒星形成区的视差距离及其三维运动,银河系真正的面貌正在被逐渐清楚地揭示出来。

在今后的2-3年内,该团队将继续对银河系内的300个大质量恒星形成区进行观测,从而全面确定银河系的旋臂结构和运动学性质,研究银河系的尺度、质量、和旋转曲线等。

贝塞尔项目是一个由中、美、德、意、韩、日等国20多位天文学家参与的探索银河系结构和运动的大科学工程。其中有6位中国成员参加此项目,占有很大比重,并作出了突出的贡献。

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