探索银河系奥秘 科学家绘制出超详细银河系氢气地图
2016-10-21 13:35:40   来源:环球网
内容摘要
据报道,澳大利亚和德国科学家一直在进行被称为HI4PI的计划,对银河系展开新的详尽研究,于2016年10月20日绘制出超详细银河系氢气地图。这将有助于解释银河系形成的奥秘。中性氢是太空中最丰富的元素,也是恒星和银河系的主要成分。这份地图首度揭露银河系中恒星间的结构细节。另外,近日,天文学家还发现了十数颗非常古老的潜藏在银河系中心恒星大漩涡中的变星。这项发现或有助研究人员决定什么理论能够最好地解释“银河核球”——星系中央的恒星团是如何形成的。

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据法国媒体报道,利用全球最大可操纵无线电望远镜的HI4PI计划,耗时10年,能深度呈现包含太阳系在内的银河系内部和周围的所有氢气。

根据报道,澳大利亚和德国科学家一直在进行被称为HI4PI的计划,对银河系展开新的详尽研究,于2016年10月20日绘制出超详细银河系氢气地图。这将有助于解释银河系形成的奥秘。

率领澳大利亚团队的澳国立大学教授麦克鲁-葛瑞菲斯(Naomi McClure-Griffiths)告诉法新社,他们基本上整理出跟银河系有关、非常复杂的氢气地图。他补充说,氢气是最基本元素,是万物之源,他们取得的成就可以帮助人们更了解银河系的形成。

这项研究利用位于澳大利亚帕克斯和德国埃费尔斯贝格的望远镜进行观测,绘制出银河系中性氢的地图。中性氢是太空中最丰富的元素,也是恒星和银河系的主要成分。这份地图首度揭露银河系中恒星间的结构细节。

德国波昂大学天文学家科普(Juergen Kerp)表示,这项计划需要进行100多万次个别观测,采集约100亿个个别数据点,较先前研究有显着进步。他强调,虽然用现代无线电望远镜可以轻易探测到中性氢,但将整片天空绘制出来是个了不起的成就。


古恒星或可解释银河系膨胀原因

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近日,天文学家发现了十数颗非常古老的潜藏在银河系中心恒星大漩涡中的变星。这项发现或有助研究人员决定两个理论中的哪一个能够最好地解释“银河核球”——星系中央的恒星团是如何形成的。

因为存在浓密的星际尘埃,通常很难见到位于银河系核球的数千万颗恒星在膨胀。红外光能够透视这些尘埃遮盖物,因此该团队利用欧洲南方天文台的可见光和红外测量望远镜的观测资料,对变星的膨胀进行了分析。

在研究人员2016年10月12日在线发表于《天体物理学杂志通讯》的文章中,他们选择了12颗天琴座rr型变星,这些变星会周期性地黯淡并再次变亮。这一脉动频率与恒星自身的亮度相关,因此通过测量其脉动,人们可以发现它有多亮。通过将其固有亮度与视亮度进行对比,该团队可以估测每颗恒星之间的距离,并证实它们在膨胀。

rr型变星通常非常古老,且经常形成于球状星团(100亿年前形成的由千万颗恒星构成的紧密团体,现在潜伏在星系外缘周围)内部。一些理论科学家认为,星系膨胀是由球状星团合并造成的,因此新恒星能够支撑这一观点。另一些理论科学家认为,其膨胀形成于悬臂外缘的气体和恒星,如果这是真的,那么该如何解释这些古老的闯入者呢?


银河系中心探测到神秘外星信号

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2016年10月9日消息,天文学家们接连不断的收到一个神秘信号,这个信号来遥远的银河系中心,经过长时间的破译,他们发现,这个神秘信号并不是外星人发出,而是银河系中心暗物质死亡时产生的信号,这时人类首次发现来自暗物质的信号。

暗物质是宇宙中一类神秘的无形物质,其占据整个宇宙中物质总量的大约85%。暗物质悬浮在星系之中,但在星系的核心部位相对更加聚集。在这些区域,一个暗物质粒子将有可能遭遇到空间中的另外一个暗物质粒子。如果这两个粒子相撞,它们将发生湮灭反应(暗物质粒子是其自身的反物质),并释放出γ射线。

为了搜寻暗物质的信号,天文学家们使用美国宇航局的费米伽马射线空间望远镜对整个银河系内的γ射线辐射源进行扫描。随后他们尝试将这些被检测到的辐射源与所有已知的源进行比对。他们在图上标出宇宙中气体尘埃云团的位置,这些天体会发出辐射,并将这些目标产生的辐射从伽马射线图中剔除。

接着他们标出所有恒星的位置,并将它们产生的辐射同样予以剔除,以此类推,他们逐次排除掉所有可能的辐射源。一旦所有的这些辐射源被排除,他们所获得的数据中仍然有所剩余,无法用已知的过程予以解释。

2016年2月26日,有关这项研究的论文发表在arXiv网站上,这是一个主要刊载正处于同行评审过程中的新论文的专业网站。美国费米国家加速器实验室的天体物理学家丹·霍普(Dan Hooper)是这篇研究论文的合著者,他说:“我们越是对这一信号仔细审查,就越觉得这是一个来自暗物质的信号。”

2009年以来,霍普便一直坚持认为这一明亮的信号是暗物质的线索。根据霍普小组的最新数据,这一γ射线辐射可能是一些具有30~40GeV能量的高能暗物质粒子相互碰撞时产生的。相比之下,一颗质子的能量一般仅有1GeV左右。

然而星系核心是一个神秘的区域。那里还存在很多其他的伽马射线辐射源可能表现出与暗物质非常相像的性质,或者那里还存在一些目前还尚未被发现的现象,同样可以解释这样的辐射。目前大部分的研究人员还尚未承认霍普的此项发现。其中一项常常被引用的疑虑是,这些数据中表现出来的多余辐射也有可能来自于毫秒级脉冲星。

这是一种已经死亡的恒星遗骸,具有极高的转速,并释放出巨大的能量。天文学界目前对于这种神秘天体具体运作机制的理解还很浅薄。

研究论文的另一名合著者,美国哈佛大学的天文学家道格·芬克贝纳(Doug Finkbeiner)表示:“如果你想要解释位于星系中心的某些奇特现象,你就直接可以挥挥手,说‘那一定是毫秒脉冲星’。”

芬克贝纳很久之前便一直认为费米空间望远镜数据中的多余信号强度代表了暗物质湮灭现象。他知道星系的中心区域非常奇特,充满着很多预料不到的现象。比如在2010年,天文学家们便发现从银河系的核心向上下两侧伸展出两个巨大的气泡结构,延伸超过5万光年。而此前天文学界对此却一无所知。在对霍普的数据进行仔细分析之后,芬克贝纳相信那里的确有些什么东西。

当星系形成时,引力作用使大量物质聚集并开始旋转。当物质旋转时,大型的星系开始冷却并形成扁平化的结构,就像一块大披萨,从而形成在望远镜中所看到的涡旋状结构。实际上暗物质构成了星系质量的大部分,但它却无法被像其他物质那样扁平化,因为它与电磁力根本不会发生相互作用,与后者的相互作用将会使其发出热辐射。

于是暗物质仍然逗留在一个围绕银河系存在的巨大物质晕结构之中。因此,任何暗物质的信号都不应仅仅来自于银河系的星系平面,而是也应当存在来自银河系平面之上或之下的信号,那些部位的恒星数量相对稀少且相互之间距离较为遥远,但那里存在着大量的暗物质。

问题在于,银河系的中心区域极为明亮。那里数以十亿计的恒星发出难以想象的巨大光芒,其亮光远远延伸至银河系平面的上下两个方向的遥远区域。因此要想证明这一神秘信号的确来自暗物质而非其他来源,首先需要非常精确的确定其分布地图。

但不幸的是,费米空间望远镜的观测能力在这一疑似暗物质辐射信号显现的波段分辨率并不够高。通过与美国麻省理工学院物理学家翠西·斯莱特尔(Tracy Slatyer)之间的合作,芬克贝纳对费米望远镜的数据进行仔细梳理,并找到了排除那些干扰信号的方法。

采用这种方法处理之后的数据非常清晰的显示出这一神秘信号的来源分布在那些只有很少恒星存在的区域。芬克贝纳表示:“答案有所改善。看起来它更像来自暗物质,而非脉冲星。”

经过处理之后的清晰数据终于开始引起一些研究人员的注意。纽约大学理论物理学家尼尔·维纳(Neal Weiner)表示:“未来的哪天我们或许会将今天的这个时刻视作是暗物质被首次发现的日子。”他表示,具有高达30~40GeV能级的性质将让这些暗物质粒子显得非常有趣,因为那将是可以在大型强子对撞机(LHC)中呈现的粒子性质。

但事实是我们并未在大型强子对撞机实验中观测到类似的粒子,这可能说明构成暗物质的粒子结构要比我们简单的粒子模型预测要更复杂。

但除此之外还有很多疑问。美国加州大学圣克鲁兹分校的物理学家史蒂芬诺·普罗夫莫(Stefano Profumo)表示:“假如问题是:我们真的发现暗物质了吗?那么我真的会非常谨慎地来回答这个问题。”因为实在是还有很多从我们地球上观点来看非常不确定的因素在其中,如在银河系的核心区域,那里的宇宙射线密度和能级都是不同的。

而即便其本人也是这篇研究论文的合著者之一,但芬克贝纳也对这一课题持有谨慎态度。他只是认为,从目前来看,对费米空间望远镜的数据中出现的异常,暗物质的湮灭应当是最好的解释。但宇宙如此广袤,或许仍然存在一些我们尚未能发现的未知天体和现象。

要想确切的回答这一问题,科学家们可能将需要对矮星系进行研究,这些星系质量的99%由暗物质贡献,并且其中由其他现象造成的,可能与暗物质信号相混淆的干扰非常少,因而可以成为很好的研究对象。但即便如此,费米空间望远镜仍然将需要花费长达数年的时间仔细观察这些天体,才能获得足够多的数据来支持或否定这项结论。


银河系旋臂比之前预想长四倍

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2016年9月30日消息,银河系中存在无数条螺旋臂,而太阳系就在其中一条螺旋臂上,最早科学家认为银河系的螺旋臂长度为5000光年,经过多年研究,科学家发现银河系比原想的还要大。螺旋臂的长度约为2万光年。

目前,科学家最新研究表明,地球所在银河系的“本地旋臂(Local Arm)”,该结构的实际尺寸比之前预想长4倍。

银河系外形类似一个盘状,具有4个旋臂结构,由恒星、灰尘和气体构成,盘旋在银河系中心。太阳系位于本地旋臂的边缘,本地旋臂类似于一个分离的臂状部分。研究报告合著作者、美国哈佛-史密森天体物理研究中心的马克·里德(Mark Reid)说:“之前天文学家并未重视本地旋臂,普遍认为它仅是一个较小的旋臂结构。”但是最新研究表明,事实上本地旋臂实际尺寸比之前科学家预想得更大。

研究人员指出,本地旋臂延伸2万光年,可能是之前科学家预想的4倍长度。但本地旋臂长度仍比主旋臂短,最新测量表明,银河系并不是一个具有清晰旋臂的完美螺旋结构,而是具有许多分支和微妙突起的螺旋星系。

这项最新研究是通过超长基线阵列的射电电波喷射进行分析的,研究人员指出,银河系螺旋结构的属性长期以来倍受争议,但在过去十年里,天文学家能够精确测量大量高质量恒星形成区域的距离,高质量恒星区域是星系中典型的螺旋结构“跟踪器”。我们通过超长基线阵列观测到邻近银河系本地旋臂的8个超大质量恒星形成区域释放的射电波长。

结合之前的测量数据,该项研究表明本地旋臂比之前预想的更大,它的倾斜角度和恒星形成速度都接近于银河系主旋臂,例如:人马座旋臂和英仙座旋臂。这项最新研究报告发表在2016年9月28日出版的《科学进展》杂志上。

巴西南里奥格兰德联邦大学丹尼尔索·卡马尔戈(Denilso Camargo)说:“这项研究涉及研究了本地旋臂的其它特征,提供了更好地理解银河系结构的重要线索。”

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