点击右上角微信好友

朋友圈

点击浏览器下方“”分享微信好友Safari浏览器请点击“”按钮

正在阅读:曲终星散终有时 银河系并不安分?
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

曲终星散终有时 银河系并不安分?

来源:光明网2020-01-02 18:00

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  “银河初转水横流,星史人催报晓筹”,牛郎织女浪漫约会的银河不知牵动了多少人的心弦?漫步在星空下,不禁思索,这璀璨的星河到底有多少未知等待我们去探索?

曲终星散终有时 银河系并不安分?

  图一:冬季人眼可见的位于青海的银河“拱桥”(拍摄者:邓李才)

  仰望星空,你或许会问,银河系结构是什么样子的?银河系里到底有多少恒星,它们每时每刻进行着怎样的运动,是否有规律可循?正是这些问题牵绕着一代又一代天文学家在科学的道路上不断前行,揭开了一个又一个深邃宇宙的真相,推动着一个又一个天文知识的革新。

曲终星散终有时 银河系并不安分?

  图二:银河系的侧视图与俯视图,以及穿过她的星流(图片取自网络)

  银河系主要包含银心与凸起的核球、带着旋臂的银盘、以及弥散在银盘周围的银晕三部分,其中银盘是银河系的主要组成部分,银河系的发光物质中,至少有九成都在银盘范围以内。

  起伏的盘星队伍

  多年前,天文学家已经发现银盘上太阳附近的恒星很不安分,除了绕着银心做公转运动外,经常你来我往,四处溜达。2018年,笔者所在研究团队通过对银盘上的恒星进行分析,第一次在超越太阳1.6万光年的范围内, 从速度的角度看到银河系里恒星不安分的一面,银盘上的恒星运动如同水波一样起起伏伏,呈现星波荡漾的恒星队形。

曲终星散终有时 银河系并不安分?

  图三:银河系在不同方向的恒星运动方向示意图(绘图:charcoal)

  如图三所示,两个恒星队伍(运动子结构)展示了银盘上太阳附近及距离太阳1.6万光年远的恒星运动特点。左边是一个称为“北近结构”的恒星队伍,向人类清楚展示出他们在银心水平方向上的运动趋势;右边的恒星队伍是一组在太阳附近的不对称结构,图中展示了这里的恒星在垂直方向上的步伐特点。

  除了运动的特点,这些恒星芳龄几许?是银盘上精力旺盛的年轻族,还是步入暮年的老寿星?这样的两个恒星队伍是否一直聚合在一起保持着这样的非对称运动?它们背后承载着怎样的科学故事?一系列的问题引起了研究人员对这两个恒星队伍足够的好奇。

  刚刚过去的2019年可谓是一个天文数据丰收年,郭守敬望远镜(LAMOST)获取光谱数达到1000多万,成为世界上首个突破千万量级的光谱巡天项目,欧空局盖亚卫星(Gaia)也释放了约10亿颗恒星的切向速度信息,机器学习的手段为获取百万恒星的年龄数据提供了支持,如此丰富的资源助力天文学家继续对银盘上这两个有趣的恒星队伍开展了进一步研究。

曲终星散终有时 银河系并不安分?

  图四:LAMOST与银河(拍摄:袁凤芳)

  曲终星散待何年?

  经过对距离太阳约1万光年、垂向距离银盘平面约0.16万光年的“北近结构”区域(对应图三左图的恒星队伍)更为精细地分析,基于LAMOST有恒星年龄的数据,研究人员对这个称为“北近结构”的恒星队伍刻上了时间演化序列,也就是对这个恒星队伍做了全面年龄普查,发现这个恒星家族中有年轻的,也有年老的,年龄分布跨度大,但总体呈现出来是一个相对年轻的家族;同时发现“北近结构”能被人类探测到的“存活时间”大概是60亿年(如图五),也就是说科学家计算出这个不对称的“北近结构”约存在60亿年后将“曲终星散”。因为随着恒星年龄的增加,恒星速度弥散变大,大约存在60亿年后这个恒星队伍可能会自行解散。

曲终星散终有时 银河系并不安分?

  图五:径向速度子结构被探测到的“存活时间”(指人类探测到的非对称特征存在时间,并非恒星死亡了。)示意图,白色框内对应的恒星小分队的非对称特征在60亿年后就“消失掉了”。

  经过研究,科学家进一步确认了第二个恒星队伍中,太阳外部南北两边恒星都向上奔跑的非对称结构,发现该非对称结构可追溯的“存活时间”或“敏感时标”为80亿年,也就是说,这个结构存在80亿年后,该区域仍会有恒星活动,只是我们不再能察觉到这个非对称特征了。

  月有阴晴圆缺,星亦有悲欢离合。相聚的时间或许是60亿年、80亿年,但终究还是会上演银河时空里的分离大戏。

  有了这些恒星队伍的“存活时间”与年龄跨度,我们可以逐步追溯其演化历史,进而促进天文学家对银河系集成历史这一基本问题的认识。

曲终星散终有时 银河系并不安分?

  图六:垂向速度子结构被探测到的“存活时间”图,科学家发现二号恒星分队中统一往上跑的星星们(上图框线内)在80亿年后就解散了,它们还在运动,但我们看不到非对称特征了。

  恒星们何以“跌宕起伏”

  天文学已经逐步从静态刻画宇宙到动态描绘宇宙过渡,天文学家通过对不同年龄的恒星队伍进行分类分析,不仅清晰看到了恒星的非对称结构,并且看到了这些子结构的变化特征。那么是什么样的物理机制导致了银盘上这些子结构的非对称性呢?这些恒星队伍跌宕起伏、悲欢离合的“背后推手”到底是什么?

  通过计算与比较,研究人员认为银河系里旋臂对星的搅动以及引力作用都是导致银盘上非对称结构的重要因素;另外,银盘上的分子云、孤立过密度区的坍缩导致的非平衡状态的外盘、以及外盘的翘曲特征都可能引起这些“非对称结构”的恒星成员聚合,外部邻居矮星系的扰动或者神奇的暗物质晕可能也是一部分因素。该研究团队很有可能在一个统一的复杂分布函数指挥下,银河系内部的不安分加上外部的互动,导致了现在银河系不同区域不同家族的恒星运动状态,但这一系列的奥秘都等待着天文学家继续探索。

  近两年来笔者所在研究团队对于距离太阳1.6万光年区域的恒星进行了多方位的追溯,其中包含物理演绎、化学诊断、时域剖析,最终获取了两个银盘上非对称恒星结构跌宕起伏的波动性运动特征、年龄变化及整个结构被人类探测到的时间长度。这让我们看到了人类赖以生存的银河系真的是太不安分也太不简单了。

  结语

  杨振宁先生说“物理学的迷人之处,在于上帝把最大的秘密和财富,都隐藏其中”。天体物理学的迷人之处就在于不断探索和挖掘上帝隐藏其中的秘密,在不断探索宇宙结构、起源与演化的过程中,我们会不断逼近宇宙空间真实的物理图景,从而得到很多意想不到的发现。在未来数年内,该团队将依托LAMOST、Gaia等巡天利器,把人类的视线带向更加遥远深邃的星空。我们的征途就是风光迤逦且曼妙多姿的星辰大海,且从未停止……

  致谢:感谢国家天文台刘超研究员和李海宁副研究员对本文提出的宝贵意见。

  参考文献:

  1. Wang H.-F. et al., 3D Asymmetrical motions of the Galactic outer disc with LAMOST K giant stars, 2018a, MNRAS, 477, 2858

  2. Wang H.-F. et al., Mapping the Milky Way with LAMOST- III. Complicated spatial structure in the outer disc, 2018b, MNRAS, 478, 3367

  3. Wang H.-F. et al., Mapping the Galactic disk with the LAMOST and Gaia Red clump sample. III. A new velocity substructure and time stamps of the Galactic disk asymmetry in the disk between 12−15 kpc, 2019a, APJ, 884, 135

  4. Wang H.-F. et al., Mapping the Galactic disk with the LAMOST and Gaia Red clump sample. II. 3D asymmetrical kinematics of mono-age populations in the disk between 6-14 kpc, 2020a, MNRAS, 491, 2104

  5. López-Corredoira M., et al., Gaia-DR2 extended kinematical maps

  Part II: Dynamics in the Galactic disk explaining radial and vertical velocities, 2020, A&A, in press

  6. Xu Y., et al., Rings and Radial Waves in the disk of the milky way, 2015, APJ, 801, 105

  7. Xiang M.-S. et al., The Ages and Masses of a Million Galactic-disk Main-sequence Turnoff and Subgiant Stars from the LAMOST Galactic Spectroscopic Surveys, 2017, APJS, 232, 2

  作者简介

  王海峰:云南大学中国西南天文研究所博士后、中国科学院LAMOST特聘青年研究员。研究领域:银河系化学动力学结构、星团与星际介质、天文大数据分析等。

  李双:中国科学院国家天文台工程师,LAMOST运行和发展中心宣传主管。

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 贵州雷山:巡游展演庆苗年

  • 北京:初冬时节秋未远

独家策划

推荐阅读
技能是劳动者的重要生产禀赋,是其嵌入生产过程、与生产工具协同的关键点。机械化、电气化和自动化催生了产业革命,建立起机器大生产与标准化流水线。在此情境下,对标准化设备的熟练操作成为劳动者的核心技能,“动手能力”成为技能人才的鲜明标签。
2026-11-13 09:55
由自然资源部、国家发展改革委联合印发的《关于“人工智能+自然资源”的实施意见》日前对外发布。《意见》旨在推动人工智能在自然资源领域规模化、产业化创新应用,服务国土空间规划“一张图”智能化升级。
2026-11-13 01:50
天津农业合成生物与生物智造科创园占地41.4亩,布局创新创业、中试、检验检测等七大功能板块,承担的是“从1到10”的成果转化职能。用谯仕彦自己的话说:“实验室实现‘从0到1’,工厂完成规模化制造,二者中间横亘着中试熟化、工程放大、市场验证等重重关口。这座科创园,就是一座跨越转化难关的桥梁。”
2026-11-13 01:50
知识的创新、传播与应用彼此关联,却承担不同的认知任务。把已有道理向更多人讲清楚,可以扩大知识的社会影响;提出此前尚未形成的科学解释,则可能改变人们对世界的认识。评判人工智能在知识生产中的作用,应区分知识传递的效率与知识创新的增量,并考察其在不同知识活动中承担的任务。
2026-11-13 02:20
该井位于渤海中部海域,紧邻渤海最大的富烃凹陷—渤中凹陷,在火山岩地层中累计钻遇超120米天然气层,完钻井深5770米。经测试,该井日产天然气约80万立方米(约2800万立方英尺),展现了海上超深层火山岩领域广阔的勘探前景,有力推动了渤中凹陷天然气勘探进程。
2026-11-13 02:20
绿色算力既是数字基础设施建设的重要方向,也是清洁能源优势转化为发展动能的现实路径。当前,人工智能技术加快迭代,算力在科技创新和产业升级中的基础作用日益凸显,持续增长的计算需求对电力保障能力和能源利用效率提出了更高要求。
2026-11-12 01:30
把两根绳子接起来量一量,总长就出来了,不必先把两段长度换算成数字再相加。模拟计算走的是这条路:不把问题拆成一条条指令,而是让物理规律直接给出结果。北京大学人工智能研究院孙仲团队牵头,联合意大利米兰理工大学、IBM苏黎世研究院和美国一家公司的研究人员,为正在升温的模拟计算研究提出“现代模拟计算”统一框架。相关论文于近日发表。
2026-11-12 01:30
眼下,重庆市彭水苗族土家族自治县的红薯正值采挖时节,一辆辆轻型卡车在通往种植基地的“产业路”上穿梭,将收获的鲜薯运送到县工业园的重庆乐薯农业有限公司,经过严格的品质检测、清洁和一系列加工程序后,便成了人们常见的红薯淀粉。
2026-11-12 02:05
11月10日,记者从山东省泰安市人民政府新闻办举行的发布会获悉,泰安将科学有序、免费开放部分泰山景区等场地,为国内外机器人企业、科研机构提供实景训练测试条件,同时统筹做好场景供需对接、数据算力支撑、落地服务保障等,推动泰安新型工业化强市建设。
2026-11-12 02:05
当前,全球新一轮科技革命和产业变革加速演进,以生成式人工智能为代表的通用目的技术正从生产端加速向消费端传导。餐饮住宿、文旅出行、养老照护、教育培训、家政美容等服务消费,直接关系到千家万户的日常生活品质。推动人工智能在服务领域深度应用,让前沿技术成果惠及更多消费者,已成为各国促进消费、提升服务业竞争力的共同关注点。
2026-11-12 02:15
全透明光伏发电玻璃可使玻璃幕墙建筑成为分布式光伏电站;新一代柔性太阳能电池阵,能为中国空间站提供电力保障。下一步,我们要高水平推进“中国碳谷”建设,形成创新合力,打通基础研究、技术攻关、产业孵化和品牌塑造全链条。
2026-11-11 09:27
国家卫生健康委、国家医保局、国家中医药局、国家疾控局共同制定印发《关于进一步做好创新药安全合理配备使用工作的通知》,满足群众多元化用药需求,提高疾病治疗效果,保障医疗质量安全。
2026-11-11 01:45
培育和发展新质生产力急需高质量创新人才。高校的独特之处,在于教育、科技、人才要素集聚,它处在科技第一生产力、人才第一资源、创新第一动力的结合点上,也承担着将三者统合起来的制度功能。
2026-11-11 01:45
与其说是AI解出了难题,不如说是人类在AI的协助下拓展了边界。这带来的不仅是解题速度的提升,更是一场深刻的科研范式之变。
2026-11-11 01:45
主动对接国家西部战略和甘肃现代产业体系建设
2026-11-11 01:45
“把技术真正用到生产线上,把产品的附加值提上去,为三峡库区的发展出一份力。”11月7日,重庆三峡医药高等专科学校青年教师黎春红,在重庆国际人才交流大会第四届重庆三峡人才节开幕式上的发言,道出了扎根库区青年人才的共同心声。
2026-11-11 01:45
2026文化科技产业发展论坛9日在湖南长沙开幕,在论坛现场,2026文化科技融合十大典型案例以及20个创新案例发布。
2026-11-10 01:40
访客随手拿起一张,掏出手机或用现场扫码器扫一扫二维码,技术亮点、应用场景、项目负责人信息等全部跃然眼前。厚重的专利卷宗、深奥的学术论文,就这样化作产业人士可以快速读懂的内容。
2026-11-10 01:40
镜头这边,是华东政法大学研支团的黄祖维、常秩豪、杨朗;镜头那头,是云南普洱景东华政附属三合麦地小学的小学生,和新疆喀什巴楚县第二中学的初高中生。500多个孩子,隔着屏幕看进博。这是华政研支团连续第五年开展“云端看进博”,3位讲师刚结束一年支教,曾站在这两处山乡讲台,如今是进博会的“小叶子”。
2026-11-10 02:00
事实上,这并不是镜片行业一次偶然的“乱”。这背后,是标准的缺失与监管模糊地带的长久存在。眼镜虽小,却关乎几亿人的明亮“视”界。近视防控镜片行业信任的“标尺”,不仅应尽快立起来,更要立得牢。
2026-11-10 01:40
加载更多