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新设备探索银河系中心结构

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19 December 2012
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这是一幅艺术家对银河系的假想图。小蓝点是地球的位置(地球要小得多)。红色实线箭头所指的是数字巡天III发现的高速远离地球的恒星。虚线箭头所指的朝向地球运动的恒星有望于被下一代的数字巡天发现。来源:Jordan Raddick (Johns Hopkins University) and Gail Zasowski (The Ohio State University/University of Virginia). 假想图来源:NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC-Caltech).

在2012年12月19日,一个由宾州州立大学的科学家和其他斯隆数字巡天III的研究者组成的研究小组宣布了一项新发现。在银河系的中心附近数百颗恒星正沿着一个很长的环形轨道旋转。宾州州立大学天文和天文物理系一位杰出的科学家唐纳德·施耐德(Donald Schneider)说:“银河系核心周围的恒星似乎形成了一个有数千光年的棒状结构”“这项调查中,我们能精确地测量银河系星系棒内恒星的运动,并且进一步了解银河系中心密集区域的动力结构。”唐纳德是数字巡天III的统筹主任和出版主任,也是研究的一名合作者。

银河系的中心离我们有3万光年,虽然从整个宇宙的角度看这很近了,但由于它被银河系充满尘埃的星盘遮住了,所以我们对它了解的不多。虽然恒星间的尘埃挡住了几乎所有的可见光、不过波长较大的红外线可以部分穿过。 为了接受这些红外线,数字巡天的研究小组通过阿帕奇星系演化实验(以下简称阿帕奇)(Apache Point Galactic Evolution Experiment APOGEE)为位于新墨西哥高2.5米的斯隆基金会望远镜上定制了一个高解析度的红外线光谱仪。其后,天文学家们用这个新光谱仪着重研究银河系的中心,同时测量300颗恒星的速度和化学成分。

“对它们运动轨道的最好解释是因为它们是银河系星系棒的一部分”大卫·尼德威尔(David Nidever)说,“研究星系棒是了解银河系甚至螺旋臂的关键。”他是密歇根大学天文系的一名马克拉分奖学金研究员(Dean B. Mclaughlin Fellow),也是研究的首席科学家。

阿帕奇观测始于2011年6月,已经观测过了银河系里48000颗恒星。尼德威尔小组通过APOGEE头几个月的观测数据计算出了银河系中心近5000颗恒星的相对速度。通过计算结果,他们构思了一幅这些恒星绕银河系中心运动的假想图。这些研究结果已经发表在天文物理学报(Astrophysical Journal)上。

Graph with regions of purple, blue, green, red, yellow, and orange

这是一幅关于银河系内部的图片。圆圈表示数字巡天III APOGEE项目的探索区域。内有十字的圆圈表示高速远离地球恒星的位置。灰色内有圆点的圆圈表示银河系另一半靠近地球的恒星所在的区域。它们有望被下一代的数字巡天发现 。来源:David Nidever (University of Michigan/University of Virginia) and the SDSS-III COllabortation. 图片由Two-Micron All Sky Survey Image Mosaic (Infrared Processing and Analysis Center/Caltech & University of Massachusetts)提供。

研究小组的观测结果显示有惊人数量的恒星正快速远离地球,这些恒星中大约有十分之一速度超过400000英里每小时(约640000公里/小时) 。科学家们比较了观测结果和电脑模型的预测结果,发现它们很接近。“通过比较两个模型后得出的结论,我现在很肯定这些恒星是星系棒中的一部分了”尼德威尔说。

阿帕奇对星系棒内恒星的鉴定能让科学家更好地研究星系棒内外恒星之间的相互作用。“星系棒就像我们银河系里的一个巨大的搅拌机”史蒂夫·马杰维斯基(Steve Majewski)说,“它搅动周围恒星的运动。久而久之,这样的搅动对我们地球所在的螺旋臂应该有很大的影响,但我们对此并不了解。经过星系棒内的样本,我们应该能了解更多有关星系棒影响银河系的原因。”史蒂夫是弗吉尼亚大学天文系的一名教授,也是阿帕奇实验的主要参与者。

不过,研究小组的发现只是故事的其中一半。目前,阿帕奇只观测到了星系棒内远离地球这一半的恒星 。数字巡天III望远镜的的位置很不方便观测另一半的恒星,因为这部分恒星只能在南半球观测 。观测另外一半的星系棒也是2014年第四代斯隆数字巡天的目的之一。项目的一部分是把阿帕奇装置的一个复制品安装在位于智利的一座2.5米高的望远镜上。这里可以观测到银河系中心的剩余部分。

数字巡天III由参与者之一的阿尔弗雷德·斯隆基金会(Alfred P. Sloan Foundation)、国家科学基金会(National Science Foundation)和美国国家科学能源办公室(U.S. Department of Energy Office of Science)资助。

本文作者:乔丹·罗迪克(Jordan Raddick)和芭芭拉·肯尼迪(Barbara K. Kennedy)

翻译:Frankie Lee, yql5163@psu.edu

复查:Sharon Wang, xxw131@psu.edu

关于数字巡天III:

数字巡天III的新闻发表于sdss3.org/press/milkywaybar.php. 数字巡天III由Astrophysical Research Consortium管理,参与机构包括:University of Arizona, the Brazilian Participation Group, Brookhaven National Laboratory, University of Cambridge, Carnegie Mellon University, University of Florida, the French Participation Group, the German Participation Group, Harvard University, the Instituto de Astrofisica de Canarias, the Michigan State/Notre Dame/JINA Participation Group, Johns Hopkins University, Lawrence Berkeley National Laboratory, Max Planck Institute for Astrophysics, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, New Mexico State University, New York University, Ohio State University, Penn State University, University of Portsmouth, Princeton University, the Spanish Participation Group, University of Tokyo, University of Utah, Vanderbilt University, University of Virginia, University of Washington, and Yale University.

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