天博星系像块巧克力碎饼干？——上海天文台科研团队在星系结构研究方向上取得新进展—新闻—科学网

近日，中国科学院上海天文台牵头的科研团队提出了一个新的、定量的星系布局模子，将近似星河系的正常盘状星系的几何布局描绘成一块 巧克力碎饼干 （Chocolate Chips Cookie） 星系中的老年恒星及此间的弥散星系介质组成了 饼干 的重要身分，而呈团块状漫衍的恒星造成区域则组成了颜色较暗的 巧克力碎 。这项研究定量阐发了盘状星系于差别视野标的目的上的不雅测特性，为盘状星系中的恒星及灰尘的空间漫衍提供了全局性的几何漫衍模子，为完备描写盘状星系中灰尘的辐射转移历程打下坚实根蒂根基。相干研究结果在10月21日揭晓于《Astrophysical Journal》上。

宇宙中年夜部门星系都履历了上百亿年的恒星造成以及演化历程。对于年夜部门星系来讲，它们虽然已经颠末了其恒星造成最为酷热的 丁壮期 ，但直到昨天仍旧于连续不停地造成新的恒星。这些新的恒星于低温的气体云中降生，它们的灼热辐射将周围的部门气体电离，使患上天文学家可以经由过程这些电离气体的闪光来追踪其降生区域。于星系的演化过程中，一代代恒星于核聚变中孕育发生了各类重元素。这些重元素于冷的气体云中经由过程繁杂的物理以及化学反映逐渐造成了固体小颗粒 天文学家称之为 灰尘 。这些灰尘不只组成了人类眼中的年夜千世界，更是因为它们对于星光的接收、散射以及再辐射使患上星系于差别的电磁波段出现彻底差别的风貌（图1）。

图1. 星河系于差别电磁波段的形态(图片来历：NASA)[1]

昨天，天文学家经由过程年夜范围的 普查 发明，近邻的宇宙中存于年夜量与星河系相似的盘状星系。这些盘状星系中，老年恒星及恒星间弥散的星际灰尘出现持续的扁平布局漫衍，而新的恒星造成区域及其周围的灰尘包层则出现为团块状并漫衍于一个更为扁平的盘状布局中。也正因为灰尘对于星光的接收作用，和灰尘以及恒星之间的繁杂几何漫衍，使患上盘状星系从差别的角度看上去是 横当作岭侧成峰 ，平增宇宙中多少壮美的风光（图2）。

图2. 盘状星系的正面照：风车星系M101（左）；盘状星系侧面照：凉帽星系M104（右）。星系图片中的昏暗区域均为灰尘的减光历程所惹起（图片来历：NASA）[2]。

法国粹者St phane Charlot以及美国粹者Michael Fall于2000年提出了一个局域的恒星以及灰尘漫衍的几何模子（图3）。于该模子中，年青的恒星造成区域被持续的老年恒星及此间的弥散灰尘所包抄，是以可以定性地注释河外星系中恒星造成区平均遭到的灰尘消光要高在老年恒星的不雅测征象。可是，于更年夜标准的规模上，盘状星系作为一个总体来讲，其差别春秋的恒星及其响应的灰尘身分又出现甚么样的几何漫衍呢？

图3. Charlot Fall于2000年提出的一个星系中恒星与灰尘漫衍的区域的几何模子：暗影区域表征灰尘，年夜的雪花暗示新造成的恒星，而小的雪花代表老年恒星[3]。

近日，来自中国科学院上海天文台以及紫金山天文台的结合科研团队于Charlot Fall的局域模子根蒂根基上构建了一个新的盘状星系的总体布局模子 巧克力碎饼干 模子（Chocolate chips cookie model，图4）。经由过程该模子的阐发，研究职员发明老年的恒星及此中漫溢的星际介质组成了饼干的主体，而此中内嵌的巧克力碎片则形象地描绘了新的恒星降生区域。这些新的恒星尚未彻底离开其母体星云，其外围星云中的灰尘仍旧对于星云内部的辐射孕育发生了显著接收，使患上这些恒星造成区域看上去就像一块颜色较深的 巧克力碎 。因为不雅测者只能看到星系某个角度的图象，以是对于在正常的盘状星系如许的整块 饼干 来讲，难点于在正确地给出此中 巧克力碎 即新生恒星区域 的含量以及漫衍特性。为了冲破这个难点，研究职员于近邻宇宙的年夜样本星系中精心选择了一组与星河系品质相称的盘状星系作为研究对于象。这些星系的盘面相对于在不雅测者来讲具备随机的指向 这于某种水平上等价为对于一个星河系如许的典型星系从各个差别的角度举行了全方位不雅测。基在如许一个带着 宇宙学道理 特点的设法，研究职员乐成地成立了一个定量的 巧克力碎饼干 模子，并能完善复现盘状星系中的灰尘于差别不雅测角度上对于老年恒星以及年青恒星区域所孕育发生的差别不雅测效应。于该模子中，对于在星河系如许的典型盘状星系来讲，其恒星造成区（ 巧克力碎 ）的盘面厚度仅为老年恒星漫衍（ 饼干主体 ）的一半，但于其径向上的延展水平却超出跨越60%。

本次研究提出的模子不只可以或许于统计上注释盘状星系由灰尘消光惹起的各不雅测特性外，还能预言它们的典型物理特性，从而可以以及星河系如许的典型盘状星系的过细不雅测成果举行进一步比力。 该研究的第一作者、上海天文台玻士研究生卢家风暗示， 好比说，经由过程对于模子的过细阐发，咱们发明于像星河系如许的盘状星系 饼干 中，约莫存于一万个摆布可以或许看患上见的 巧克力碎 。成心思的是，如许基在模子的理论阐发以及星河系中对于恒星造成区域及响应年青星团的不雅测成果具备很好的一致性。这于必然水平上也申明了咱们的星河系于宇宙中具备正常性。

该研究的通信作者、上海天文台沈世银研究员瞻望道： 本次研究提出的模子于将来还将举行进一步拓展，并指望将其运用在盘状星系中灰尘的辐射历程。如许咱们就能够进一步复现息争释像星河系如许的典型的盘状星系于红外波段的不雅测特性。

图4. 盘状星系的 巧克力碎饼干 模子：老年恒星持续漫衍，组成饼干的主体；恒星造成区域呈团块状�첩漫衍，因为外围有更多的灰尘，看上去像巧克力碎。

本工程重要由天然科学基金面上工程撑持。

参考文献：

[1] Multiwavelength Milky Way Images: https://asd.gsfc.nasa.gov/archive/mwmw/妹妹w_images.html

[2] Hubbles Messier Images: https://www.nasa.gov/content/goddard/hubble-s-messier-catalog

[3] Charlot, St phane ; Fall, S. Michael， 2000，ApJ， 539，718

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac92e9

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