银河系恒星盘“翘曲”结构首次被呈现

图为银河系银盘示意图。

中科院国家天文台供图

在宇宙当中，规则星系最常见的形态是一个盘加一个中心核球。其中的“盘”指的就是星系盘。很多人都会认为，星系盘就是一个很平的圆盘子，但事实并非如此。大量观测表明，很多巨大的星系盘在外盘处都会逐渐向上或向下卷起，整体形成一个接近炸薯片一样的弯曲状态，天文学家称这种形状为“翘曲”。大约1/3的河外盘星系都或多或少地展现出翘曲形状。

那么，我们地球所处的银河系是否也是如此呢？日前，由中国科学院国家天文台陈孝钿博士、邓李才研究员、刘超研究员等人联合澳大利亚麦考瑞大学理查德·迪何锐思教授及北京大学王舒博士组成的国际合作团队首次给出了确定的答案——银河系恒星外盘也同样展示出了翘曲结构。该成果于北京时间2月5日由国际科学期刊《自然·天文》在线发表。

其实，很早就有射电观测发现银河系的气体盘呈现出和很多河外星系一样的翘曲结构，但是关于恒星盘的形状一直缺少直接的证据。“测量银河系外盘的距离十分困难，而准确的距离才能让我们重构外盘的形状。”论文第一作者陈孝钿说。

2018年，陈孝钿等人发布了第一个红外全天变星星表，表中包含了上千颗银河系造父变星。“造父变星是一类中等质量的年轻脉动变星，比太阳重3—20倍，亮约几万倍。由于它们的脉动周期和光度严格相关，因此可以精确测定距离，精度可达到3%—5%。”陈孝钿说，这批恒星正是指示银河系年轻恒星盘的形状的绝佳示踪体，它们犹如明灯，点亮了被烟雾笼罩的银河。从三维空间分布图中，科研人员发现距离银河系中心越远，这些造父变星就越偏离银盘面，整体呈“S”形；如果面向银心并让北银极朝上，那么左手边的银盘会朝上（北）卷起，右手边的则相反。

尽管翘曲现象在河外星系中经常出现，但是理论家们对它是如何形成的莫衷一是。刘超说：“一种可能的解释是外盘受到某种转矩作用而形成。转矩假说可以解释复杂的翘曲进动现象，我们的观测结果倾向外盘的形成是由巨大的内盘转矩主导的。”

邓李才表示，银河系恒星盘翘曲的发现首先更新了人们对银河系形状的认识，同时也对外盘起源提供了决定性的观测证据，为我们最终理解像银河系这样的巨大盘星系如何形成和演化提供关键线索。