人民網(wǎng)北京2月7日電 （唐佳）“我們身處的銀河系有一個標志性結(jié)構(gòu)——旋臂，它由大量年輕的恒星、濃密的氣體和塵埃組成，是恒星形成的‘搖籃’。由于我們身處其中，僅能從內(nèi)部‘窺探’它的結(jié)構(gòu)，因此對于銀河系旋臂的整體圖像總是‘不識廬山真面目’。”中國科學院紫金山天文臺副研究員孫燕說。

近日，基于“銀河畫卷”一氧化碳分子氣體巡天數(shù)據(jù)，中國科學院紫金山天文臺研究團隊更新了銀河系外緣旋臂圖像，拓展了人們對銀河系的認知。新圖像覆蓋了銀盤面上約2/3方位角、銀心距約8-26千秒差距范圍內(nèi)的分子氣體旋臂結(jié)構(gòu)，較以往同類觀測擴大了約1.5倍。

據(jù)悉，為了更清晰全面了解銀河系分子氣體分布，中國科學院紫金山天文臺的科學家們利用德令哈13.7米毫米波望遠鏡，實施了具有國際領(lǐng)先水平的CO巡天項目——“銀河畫卷”計劃。“銀河畫卷”計劃自2011年至今已累積覆蓋了2000多平方度的銀盤區(qū)域。

旋臂不僅是銀河系的“形象代表”，更是其“心臟”所在，它們深刻影響著星際介質(zhì)和恒星的物質(zhì)循環(huán)。同時，銀河系的旋臂研究也為我們理解其他旋渦星系提供了重要的借鑒。特別是銀河系的外圈部分，與河外星系相比，其旋臂延伸范圍更加廣闊，是非常珍貴的研究樣本。

“觀測銀河系的旋臂并非易事。”孫燕表示，銀河系盤面扁薄，半徑約幾十千秒差距（1千秒差距約為3260光年），最大厚度約幾千秒差距，而人類居住在離銀心約8千秒差距的盤上，垂直盤面方向僅僅偏離物質(zhì)分布最集中的中心盤平面幾十秒差距，僅能從內(nèi)部“窺探”它的結(jié)構(gòu)，無法俯瞰全貌。基于此，實現(xiàn)銀河系旋臂的觀測需要兩大條件：一是“廣”覆蓋——需要大規(guī)模、高效率的巡天觀測和長時間的數(shù)據(jù)積累。同時為了覆蓋盤面的360度范圍，理想情況下需要南北半球各配備一架高效望遠鏡協(xié)同工作。二是“深”探測——射電波段觀測是目前已知可穿透塵埃，捕捉到更遙遠區(qū)域的觀測手段，但繪制完整的盤面圖仍需要極高靈敏度的設(shè)備。

根據(jù)觀測，科學家重新繪制了銀河系太陽半徑以外的分子氣體分布圖，揭示了外太陽圈的三段旋臂結(jié)構(gòu)。這些旋臂的長度從16到43千秒差距不等，最遠延伸至HI盤的邊緣地帶。

左：CO巡天觀測的外太陽圈分子氣體表面密度投影俯視圖；右：CO與其他示蹤天體得到的旋臂結(jié)構(gòu)模型比較。 中國科學院紫金山天文臺供圖。

其中，距離較近的英仙臂和外臂結(jié)構(gòu)尤為清晰，觀測圖像清晰展現(xiàn)了旋臂與旋臂間物質(zhì)密度分布的顯著差異，并呈現(xiàn)準連續(xù)分布的特征。在銀河系盤的邊緣，約1306個分子云很好地描繪了最遙遠的旋臂結(jié)構(gòu)，即外盾牌——半人馬臂，這些分子云連接了近年發(fā)現(xiàn)的第一象限新旋臂段與第二象限新旋臂段，并可能將這一遙遠的旋臂延伸至更遙遠的第三象限。

銀盤邊緣的1306個分子云疊加在銀河系結(jié)構(gòu)遐想圖。 中國科學院紫金山天文臺供圖

盡管新CO巡天數(shù)據(jù)為銀河系分子氣體分布提供了一幅徑向方向覆蓋范圍更廣、細節(jié)更清晰的鳥瞰圖，對銀河系旋臂結(jié)構(gòu)的認知得以進一步拓展，但銀河系旋臂的研究仍有許多未解之謎。例如，南銀盤的探測 、更高靈敏度與分辨率、多示蹤體聯(lián)合分析等。

從塵埃與氣體中孕育出恒星，再到恒星的能量回饋形成新結(jié)構(gòu)，這種循環(huán)正是宇宙最迷人的景象之一。“未來，期待科學家們揭示更多關(guān)于銀河系的秘密，將這幅‘銀河畫卷’繪制得更加完整和精彩。”孫燕說。