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誰泄露了銀河系“舞者”的體重?|世界快播報(bào)

時(shí)間:2023-05-05 14:44:25    來源:科普中國網(wǎng)    


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在一個(gè)靜謐的夜晚,我躺在山頂?shù)牟莸厣?,滿目盡是橫亙整個(gè)天空的璀璨銀河,我看得如癡如醉,漸漸有些睡眼迷離。隨后,我仿佛看到銀河化作了一個(gè)不停旋轉(zhuǎn)的美麗姑娘,銀盤變作了姑娘身上的長裙,繁星成了一個(gè)個(gè)耀眼的珠子點(diǎn)綴在長裙之上。這些珠子隨著姑娘不停地轉(zhuǎn)動(dòng),神奇的是珠子未通過任何絲線系著,卻不會(huì)從姑娘的裙擺上掉落,也許它們也被這美麗的姑娘的魅力所深深吸引,不舍離去?

我唐突地上前問道:“姑娘芳齡幾許,體重幾何?”姑娘并未惱怒,只是微微朝我笑了笑,也并未回答我,自顧自地繼續(xù)跳著舞。就像這世上大多數(shù)的姑娘一樣,她們的心思讓傾慕者們猜不透,但更令人著迷。

我癡迷地欣賞著姑娘的舞姿,不自覺地將注意力放到了長裙的珠子上,思索著轉(zhuǎn)動(dòng)的珠子為什么不掉落。原來,根據(jù)萬有引力定律,銀河系舞者的體重(質(zhì)量)提供了引力,引力就像看不見的絲線,使得這些珠子(星體)被緊緊地束縛住。質(zhì)量的集中程度和距離的遠(yuǎn)近也決定了某處旋轉(zhuǎn)速度的大小,隨著距離增加,轉(zhuǎn)動(dòng)速度會(huì)下降。銀河系舞者裙擺上距離中心不同位置的珠子,它們的轉(zhuǎn)動(dòng)速度隨著距離的變化勾勒出了一條速度曲線,我們稱作旋轉(zhuǎn)速度曲線。旋轉(zhuǎn)速度曲線能反映銀河系各個(gè)成分,即包括核球、銀盤、銀暈在內(nèi)的物質(zhì)分布。所以,當(dāng)我們知道了銀河系的旋轉(zhuǎn)曲線,也就知道她的體重了。

我們團(tuán)隊(duì)也是這名美麗舞者眾多的傾慕者之一,但精確測量銀河系的旋轉(zhuǎn)曲線并不是一件輕松的事情,我們需要知道銀河系中心不同距離處星體的精確距離、視向速度和自行(星體切向運(yùn)動(dòng)角速度)。而要獲取這些信息,則需要借助于大型的“神兵利器”,如郭守敬望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)、美國APOGEE巡天和歐空局Gaia衛(wèi)星。我們從眾多的珠子中選取明亮的亮紅巨星用于研究銀河系的旋轉(zhuǎn)曲線,由于它們足夠亮,能幫助我們測得更遙遠(yuǎn)處的旋轉(zhuǎn)曲線,并且它們的距離可以從光譜數(shù)據(jù)中得到。我們從LAMOST和APOGEE光譜巡天中獲取了銀河系中25萬余顆亮紅巨星的光譜數(shù)據(jù),光譜數(shù)據(jù)提供了精確的恒星大氣參數(shù)、視向速度等參數(shù)信息。我們基于Gaia衛(wèi)星數(shù)據(jù)釋放的三角視差,以采用貝葉斯方法估計(jì)出的距離信息作為訓(xùn)練樣本,利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法從光譜數(shù)據(jù)中得到了這25萬余顆亮紅巨星精確的分光距離,估算的距離精度優(yōu)于10%—15%。

基于亮紅巨星大樣本,我們從中遴選出大約54000顆具有視向速度、自行(源自Gaia衛(wèi)星數(shù)據(jù))和分光距離信息的銀河系薄盤恒星,利用金斯模型構(gòu)建了距離銀河系中心1.6萬光年至8.1萬光年范圍內(nèi)、迄今為止最精確的銀河系旋轉(zhuǎn)曲線,精度高達(dá)每秒1千米到3千米。我們進(jìn)一步構(gòu)建了銀河系的質(zhì)量模型,包括核球、銀盤、銀暈這三個(gè)成分的質(zhì)量,算出了銀河系舞者的質(zhì)量約為8050億倍太陽質(zhì)量。

噓!不要說她胖哦,那樣她會(huì)很生氣的。

在歲月的長河里,美麗的舞者優(yōu)雅地跳了上百億年的舞。而我們?nèi)祟愄稍谒谋蹚澙铮ㄎ覀兊奶栂滴挥阢y河系的獵戶座旋臂)只欣賞了她幾百萬年的舞姿。宇宙廣袤無邊,相信我們并不是唯一的觀眾。在三四十億年后,她將會(huì)和另一名美麗的舞者——仙女座星系相遇,進(jìn)行一場驚心動(dòng)魄的雙人舞。

(作者系中國科學(xué)院大學(xué)銀河系研究團(tuán)組成員,第一作者、第二作者為團(tuán)組研究生,第三作者系中國科學(xué)院大學(xué)副教授)

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