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当时的数据并不包蕴自行数据

归档日期:07-03       文本归类:猎户座      文章编辑:爱尚语录

  客岁4月的一天,Amina Helmi正在赶赴荷兰北部上班的途上起了一阵鸡皮疙瘩,并不是由于气候冷,而是由于一种纯粹的希望。几天前,欧洲航天局(ESA)的“盖亚”(Gaia)义务将过去五年绘制而成的超周密银河系舆图全盘颁布。行为格罗宁根大学的一名天文学家,Amina Helmi和她的团队当时正分秒必争地解读这些数据,以期祖宗一步解开银河系的秘籍。

  加班加点赶进度,胀舞得睡不着觉,Helmi和同事都预睹将有大事爆发。团队一共浮现了3万颗“叛遁”恒星。区别于银河系主体中其他天体的平面盘形绕轨运动,这些不守规定的恒星逆其道而行之,沿着携带它们脱离银道面的轨道运动。

  团队用了几周的光阴,浮现了这群明亮的恒星明示着银河系史册上一段不为人知的芜乱过去:年青的银河系曾与一个壮大的伴星系爆发过碰撞。这个壮大的伴星系曾盘绕着银河系运动,就像行星盘绕恒星而转,但正在约80亿-110亿年前,两者爆发了碰撞,导致银盘爆发巨变,恒星四散开来。这是迄今已知的正在银河系酿成人类所熟知的旋臂组织前的结果一次大碰撞。

  几十亿年来,那次陈腐的碰撞留下的信号就正在咱们当前,但平昔到盖亚数据集揭橥之后,天文学家才干检测到它。Helmi对此评判道:“可以浮现银河系史册上的这一里程碑事宜的确太棒了。”?

  众亏了盖亚义务,这类具有庞大事理的浮现屡见不鲜。盖亚义务的标的是编制一张囊括10亿众颗局域恒星的星外,纪录下它们的亮度、温度、年齿、名望和速率。

  个中,恒星的名望和速率对天文学家来说更加首要:盖亚义务之前,科学家平昔短缺合于很众恒星的隔断和“自行”(恒星正在天空中的挪动)的高精度丈量数据。

  一朝有了这些合头音信,就像Helmi和她的同事一律,琢磨职员能寻找到沿着融合轨迹协同运动的天体,并浮现它们的协同泉源。大白恒星速率另有助于追溯暗物质的影响谜平常的暗物质固然看不睹摸不着,却是银河系的厉重质地源泉,其引力可以弯曲恒星的运动轨迹。

  自从2018年4月盖亚数据集揭橥以还,已有几百篇论文接踵揭橥出来,它们所描写的银河系比咱们原先所设思的更有生气,也更繁杂。这个银河系中充满了惊喜,比方那些指向暗物质团存正在的迹象,恐怕能让科学家进一步看法暗物质的本质。英邦剑桥大学天文学家Vasily Belokurov外现,那些容易浮现的初期成就仍然带来了变更,但这只是一场天文学大浮现的预演:“咱们对银河系的看法仍然统统更动了。”。

  太阳系隔断银河系中央约8000秒差异(约2.6万光年),位于银河系边际的次级旋臂猎户座悬臂。从这一高处望去,能够看到全部夜空群星闪动,科学家也务必从这个名望绘制出全部银河系的组织。

  截至20世纪中叶,天文学家仍然有了一个大致框架,他们以为银河系的恒星厉重聚合正在重心核球内,并被相仿蛇形弯曲的旋臂包裹,界限另有一圈较薄的球形晕轮。上世纪七、八十年代,琢磨职员仍然推导出这种组织是何如正在过去几十亿年中渐渐酿成的最初但是是一团暗物质、气体和尘土。可睹因素先是塌缩成盘状组织,再通过吞噬较小的卫星星系渐渐向外胀大。之后,天文学家操纵地面千里镜一再拍摄全部夜空,缉捕到了更众细节。这类观测行径让科学家可以近隔断观望恒星晕等大型星系对象,他们正在恒星晕中浮现了进入恒星碎屑流的小型星系残存。

  可是,地面观测获得的银河系组织音信真相有限,这厉重由于地球的扰动大气会影响恒星隔断的丈量精度。其它,固然能够通过颜色转变判别恒星朝向地球或远离地球的运动速率,但思要获得恒星自行和完好的三维速率音信却很难,由于从人类光阴标准来看,天空中大局限天体的运动能够说是微乎其微。以是,恒星之间的相合变得非常含蓄,而寻找区别恒星的运动宛如性或能行为破解这类相合的首要线年后才正式启动的盖亚义务耗资约8.44亿美元,恰是为了填充这些空缺而生。盖亚探测器的绕日轨道略大于地球的绕日轨道,它能够从区别的名望缉捕统一颗恒星的音信。由此一来,天文学家就能通过“恒星视差”来策动恒星隔断,恒星视差是指观测对象的视位随观测名望转变而爆发的极小更动。欧洲航天局的“依巴谷”(Hipparcos)卫星曾正在1989年-1993年运转光阴搜集过相仿的视差数据,但盖亚的丈量精度要高100倍,机敏度也更佳,足以让人类窥睹银河系更深处的线%的恒星隔断从未获得正确丈量。

  盖亚的策动义务很是繁重,项目琢磨职员将探测器所缉捕到的每一颗恒星相关于其它每颗恒星的名望绘制成了周密舆图。团队正在此根本上丈量得出了恒星看上去划过天空的速率,即恒星的自行。通过丈量恒星颜色的渺小转变,天文学家就能约略大白天体沿卫星对准线亲昵或远离的速率。连接以上两个丈量数据,以及盖亚策动出的恒星隔断,就能获得恒星的完好三维运动音信。盖亚可以丈量出它观测到的最明亮的一批恒星的对准线运动,但地面千里镜能助助观测剩下的恒星。大白每颗恒星的名望以及它们运转的宗旨,琢磨职员就能迅疾梳理出银河系的荫蔽史册。

  以Helmi及其同事所琢磨的陈腐碰撞为例,他们浮现一群恒星具有协同泉源的证据获得了位于美邦新墨西哥州的地面千里镜“斯隆数字巡天”(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)的进一步佐证,SDSS搜集到的数据显示,这些恒星的化学组成额外宛如。团队以为这些恒星都来自一个矮星系,并将这个矮星系取名为“盖亚-恩克拉众斯”(Gaia-Enceladus)。正在古希腊神话中,伟人恩克拉众斯是盖亚的儿女。

  碰巧的是,Belokurov和同事也从盖亚2016年颁布的首批数据中,找到了这回碰撞的证据。当时的数据并不蕴涵自行数据,但通过将数据聚合的恒星名望音信与SDSS十年前的观测数据实行比较,团队就能大白恒星正在中央这段光阴是何如挪动的。他们浮现有一群天体协同正在偏离中央的轨道上运动,而这个轨道会把它们带离银心。

  这些景色类似都源于一次大碰撞事宜。这些恒星鲜明具有协同泉源,由于它们的金属含量额外相仿。琢磨职员凭据恒星速率画图后,浮现形式相仿腊肠,于是将这些恒星已经的闾里这个陈腐的矮星系定名为“盖亚腊肠”(Gaia Sausage)。

  对统一个矮星系的两种叫法正在天文界惹起了混杂。可是无论何如称号这个“首恶”,这回陈腐归并不妨是解开银河系之谜的一个线索。银盘由两局限构成,一个是含有气体、尘土和年青恒星的薄盘,就像奥利奥饼干的夹心局限;其外部则是简直清一色由老星构成的厚盘。

  天文学家平昔正在龃龉到底是先有厚盘,再有气体和尘土压缩酿成一个薄核;照旧先有薄盘,再从薄盘的一局限膨胀扩张。因为这个“盖亚-恩克拉众斯-腊肠”矮星系正在碰撞时只比银河系小一点,它很有不妨曾给银盘输送了大批能量,使其升温胀大。Helmi团队将这一浮现视为援手膨胀外面和银河系已经历过激烈变形的证据。

  让琢磨职员深受流动的是,借助盖亚供给的数据,此前难有打破的天文学琢磨正以亘古未有的速率向前生长。哥伦比亚大学天文学家Kathryn Johnston犹记得就正在盖亚数据集披露后的第二天,一篇论文曾惹起了热议,论文指出太阳界限约有600万颗恒星齐整同等地排成相仿蜗牛壳的形式实行螺旋式运动。

  Johnston以为这种运动轨迹看起来像是小型卫星星系“人马座”留下的指纹。每当人马座迅疾亲昵时,其引力就会对银河系的恒星发作扰动,这种扰动会正在银盘中发作挥动并留下动荡。琢磨职员此前对这种踪迹有过揣摩,但盖亚数据集供给了首个明确而有力的信号,声明人马座的影响。“那对我来说是个不成众得的岁月,”Johnston说,“全部螺旋形式额外明确。看起来更像是一个理思化模仿的外面预测,而不是一个确凿的数据图。”!

  透过盖亚的“眼睛”,这种扰动不只显而易睹,还诉说着银河系的另一段史册。此前,大大批天文学家揣摩,固然银河系外晕曾与小卫星爆发芜乱的碰撞,但银河系主体平昔以还都较为安谧。科学家平昔以为诸如旋臂和被以为穿过核球的恒星带都是银河系内正在动力下的产品。但这些看似由人马座激发的挥动显示,外部力气对银河系组织的影响逾越此前天文学家的看法。

  普林斯顿大学的天体物理学家Adrian Price-Whelan以为,盖亚迫使琢磨职员不得不从新审视极少用于简化模子的样板化假设。他说:“咱们之前就大白有些假设是错的,现正在盖亚让咱们大白错正在哪里。”!

  为银河系中的明亮天体绘制舆图恐怕另有助于搞懂暗物质,暗物质不妨占到了银河系质地的90%。外面学家思疑银河系外部有一个广大的近球形暗物质晕,清静时物质一律,这些暗物质正在引力感化下会面成了较小的组织。宇宙学模仿显示,有成千上万个大型暗物质团绕着银河系转动,有的会被重心的暗物质团吞噬,全部进程相仿于银河系吞噬其它可睹小卫星的进程。

  大局限暗物质子组织被以为只蕴涵少量恒星或没有恒星,所以极难被探测到。但盖亚不妨正在GD-1中浮现了极少蛛丝马迹,GD-1是2006年浮现的吞没一半北部天空的长星流。这个星流已被琢磨过许众次,但盖亚让Price-Whelan和哈佛-史密松森天体物理中央的天文学家Ana Bonaca特别有信仰地找到了星流的线月,他们与其他两位同事确定了GD-1的组织特性,他们浮现该星流有一个很大的缺口,不妨是约5亿年前与一个大型天体碰撞后留下的伤痕。当这一假设的滋扰天体加快穿过星流时,其引力对极少恒星的牵涉不妨导致星流离散,使得这些恒星跑到了伙伴的前头。

  Bonaca以为最有不妨的祸首祸首不妨是一个致密的暗物质团,这个暗物质团的质地约为太阳的100万倍到1亿倍。这一估算不妨会对暗物质的物理筑模发作首要影响。暗物质粒子的质地有助于判别暗物质粒子的运动速率,反过来就能计算出它能酿成的暗物质团的巨细。Bonaca说这个扰动GD-1的暗物质团的潜正在质地领域很蓄谋思,或将能驱除极少质地较小的假设的暗物质候选者。

  Bonaca和她的团队期望能通过盖亚的数据测定星流中受到扰动的恒星的速率,如许恐怕能确定假设的暗物质团的挪动轨道。他们借使能找到这个暗物质团方今所正在的名望,就有不妨探测出它对其它物质的引力感化。或者,通过现场熬炼射线千里镜寻找暗物质粒子湮灭或衰变的证据这类进程一般能开释高能光子。无论运用哪种手法,都是对暗物质物理性子的一次更直接的探测。

  但Price-Whelan仍外现从简单例子中无法臆度出太众音信。他期望应用盖亚星外和将来观测结果(如智利的大口径全景巡天千里镜(LSST)将于2020年后开首搜集数据)发展体系性琢磨,能够让更众暗星和其他星流浮出水面。借使其他星流中也存正在与暗物质团碰撞过留下的踪迹,天文学家就能对暗物质团的丰采和巨细有更深化的看法,进而助助确定暗物质的本质。

  天文学家期望盖亚搜集的合于恒星运动的数据能助他们勾画出银河系阴浸面的大致轮廓。银河系暗物质晕的球形或对称性也各有差别,实在取决于酿成暗物质晕的粒子类型。Belokurov笃信正在将来2-4年内,盖亚搜集的合于局域恒星轨道的音信足以让科学家确定暗物质晕的总质地和形式。

  这类琢磨结果不只仅能用于开采银河系的史册,相合银河系史册和暗物质分散的琢磨浮现将被反过来填充宇宙学模子用于研究宇宙大组织生长转变。目前,盖亚义务已被容许耽误至2020年终,荷兰莱顿大学的天文学家Anthony Brown是盖亚义务数据管束和阐述同盟主席,他以为盖亚管事到2024年不是题目,也便是一共10年的服役期。他说,耽误义务应能够让盖亚对目今追踪的恒星的自行丈量精度普及3倍,以至还能带来更遥远的恒星的音信。

  盖亚的史册贡献尚待书写,但全部迹象都显示,那将是一项伟大的贡献。SDSS等搜聚的全空探测数据,纵使正在责任实行10众年后,仍正在发作源源连接的新浮现。跟着盖亚星外的连接扩容和完备,Helmi 希望能进一步揭开银河系的演化史册。“最让我胀舞是,”她说,“咱们对银河系史册的分析才刚才开首。”!

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