天文學家:追蹤特殊恆星可能找到銀河系邊緣

【2023年01月28日訊】(記者林達編譯報導)科學家們表示,通過追蹤銀河系內一種特殊恆星的「心跳」,可能找到銀河系的邊界。

試圖將宇宙的大小形象化不僅艱難且令人不安,而且充滿悖論。從某種意義上說,宇宙範圍既是有限的,因其並非永遠存在;也是無限的,因其不斷地向各個方向膨脹。不過,人們可以從回答一些更初級且具體的問題開始,比如先了解我們宇宙中各種天體範圍的大小。

這樣看來,有什麼天體範圍是比我們自己的銀河系更好的起點呢?在西雅圖舉行的美國天文學會年度會議上,於1月9日和11日的兩份科學報告中,天文學家稱他們可能終於確定了銀河系最遠的邊界在哪裡。

簡言之,天文學家估計,我們的銀河系從中心到邊緣大約一百多萬光年,這個大小是我們近鄰仙女座星系(Andromeda)的一半。

「這項研究重新界定了銀河系的邊緣在哪裡,」加州大學聖克魯斯分校的天文學和天體物理學教授、研究結果的合著者瑞佳·嘎哈·薩卡塔(Raja Guha Thakurta)在一份聲明中說。「銀河系和仙女座星係都很大,兩者之間幾乎沒有空間上的間隔。」

一光年相當於約6萬億英里,以每小時3,000英里(這大致是Artemis 1號月球飛船的速度)的平穩速度計算,需要超過二十億小時才能走這麼遠,更別說一百萬光年了。

基本上,銀河系的疆土由三個部分組成。首先,幾個標誌性的旋臂(我們的太陽系處於其中一個旋臂中)構成了所謂的「薄圓盤」(thin disk),這個圓盤中散佈著恆星、行星和衛星,直徑約為10萬光年。其次,銀河系中央的凸起區域(bulging area)被包裹在一個「內層光暈」(inner halo)之中,它含有一些最古老的恆星,並向各個方向延伸數十萬光年。最後,還有一個「外層光暈」(outer halo)。

這個漂浮在內暈四周的難以捉摸的外暈區域以暗物質為主,構成了銀河系的大部分質量。然而,它是「最難研究的部分,因其外沿太遠了,」薩卡塔說。「與圓盤和凸起區域的高恆星密度相比,這裡的恆星分布得相當稀疏。」

然而,薩卡塔和其他研究人員想出了一個辦法來弄清楚銀河系外暈終止在哪裡。

他們追蹤了生活在朦朧光芒中的所謂天琴座RR星(RR Lyrae stars)。這是一種特殊的星體,其亮度會進行脈動,其大小也會有規律地膨脹和收縮,在地球上的天文儀器上可以看到,其亮度在強弱之間一遍遍地不斷變化。

薩卡塔說:「這種星體的亮度變化看起來就像心電圖,而這種脈動就像銀河系的心跳,其亮度曲線快速升高然後緩慢回落,並以這種特徵曲線完美地不斷重複著。」「此外,如果你測量其平均亮度,每顆星體的亮度都是一樣的。這種情形對於研究銀河系的結構來說非常棒。」

換句話說,天琴座RR星更適合測量距離,因為可以測量其平均亮度。作為對比,其它類型的恆星,其亮度可能因為距離很近而看起來非常明亮,但也可能是因為它們本身就很亮而非距離近的原因。天琴座RR星則不存在這種不確定性,其亮度很容易與其距離直接相關聯,因此能夠幫助科學家測量和校准整個宇宙的結構。

「只有天文學家知道獲得這些距離是何等困難,」UCSC的博士生、該研究的第一作者宇廷·馮(Yuting Feng,音譯)在一份聲明中說。

馮和薩卡塔在重新研究「下一代處女座星團調查」所收集的數據時取得巨大成功,該調查對銀河系附近的一大群星系進行了成像,恰好也捕獲了同一視場中的一堆前景恆星——其中208顆是天琴座RR星。

「我們使用的數據是該調查的副產品,」馮解釋說。「這批來自遙遠的天琴座RR星的強大樣本為我們提供了一個有力的工具,用於研究光暈和測試銀河系大小和質量的模型。」

此外,根據馮的說法,該團隊的研究結果證實了長期以來對銀河系外暈邊界的理論估算。這些估算表明,外暈離銀河系中心大約300千秒差距,即100萬光年——該團隊的研究發現天琴座RR星的距離在20到320千秒差距之間,後者剛好超過離銀河系中心一百萬光年。◇

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