盖亚新发现，银盘中心的化石旋臂，是老旋臂还是新残余？

我们的银河中可能存在“化石旋臂”

古老的旋臂：黄色椭圆形内有三个大黑点，紫色及黄色的横纹穿过颜色更暗的隆起的中心。

（图解：根据欧洲航天局（ESA）盖亚天文卫星（GAIA）观测数据绘制的银河系动态全天空地图。黑色与紫色代表活动显著的部分。黄色则代表活动水平相对较低的部分。一些巨大的纤维状状碟形结构（可能是化石旋臂）环绕着银河中心盘。天文学家认为这些结构可能是银河系古老旋臂的残余。图中左侧比较低的位置呈现了大小麦哲伦云（Magellanic Clouds）及它们之间的星桥，位于右侧的是人马座矮椭球星系（Sgr dSph），它正处于消亡晚期。 图源：英国皇家天文学会/拉波特（Laporte）等）

可能存在“化石旋臂”

欧空局天文台绕日地系统的拉格朗日2点（即L2）旋转。L2到地球的距离大约为地月距离的四倍，被欧空局称为“先进太空探测器的优越位置”。的确，更多伙伴即将加入盖亚。哈勃空间望远镜的继任者——詹姆斯·韦伯太空望远镜预计将于圣诞节发射前往L2。盖亚自从2013年发射以来，一直致力于绘制首张银河系3D综合地图。至今，盖亚已经绘制并测量了超过十亿星体的运动。同时它还做出了关于银河系的诸多引人入胜的发现。2021年12月13日，天文学家发布了盖亚对于银河系的最新洞见。利用盖亚观测数据，天文学家发现了银河系存在“化石旋臂”的久远证据。

（图解：艺术家创造的从银河系边缘看银河系视角图。与我们从地球上观测的不同，银河系中央的恒星形成花生形状的光球，旋臂及尘埃云则在周围形成窄带。 图源： ESO/NASA/JPL-Caltech/M. Kornmesser/R. Hurt）

目前我们了解到，我们的银河系和宇宙中许多其他星系一样，是一个漩涡星系。来自巴塞罗那大学宇宙科学研究所（ICCUB）的第一作者谢尔文·拉波特（Chervin Laporte）及许多科学家初步绘制了银河系银盘外部的新地图，其中一些新近发现的构造指向了“化石旋臂”存在的证据。

（图解：ESO 3.6 米望远镜上方的银河中心及球面成分，也称凸起。 图源： earthsky）

同行评审期刊《皇家天文学会月报：快报》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters）于2021年10月18日刊登了这些发现。

科学家在银盘边缘发现了早先已知的构造，以及许多不为人知的旋转纤维状结构。计算机模拟显示这些纤维状结构可能产生于银河系与卫星星系的碰撞，成型于银盘外缘。但天文学家从未预料能在盖亚星图上发现如此之多的纤维结构。这些构造的成因仍是一个谜。

（图解：艺术家创造的银河系概念图。左侧明亮区域为地球周围区域，半径达3000光年。 图源： Kareem El-Badry/UC Berkeley 和 Jackie Faherity/AMNH）

银盘中的神秘构造

科学家相信，是银河系与卫星星系的相互作用于漫长岁月中在银盘上产生了这些纤维状结构，它们很可能是许久以前旋臂的残余物。现在已知环绕于银河星周围的小型卫星星系有50个，而大小麦哲伦星云是最著名的银河系卫星星系。此外，科学家一般认为，银河系过去已融合或“吞噬”了许多别的卫星星系。

（图解：银河系周围环绕着五十个矮星系，其中大部分需要通过天文望远镜才能观测到。人们以它们所在的星座为其命名，例如小熊座（UMi），天龙座（Draco），玉夫座（Sculptor），狮子座（Leo）等。大麦哲伦星云（LMC）和小麦哲伦星云（SMC）是最显著的两个矮星系，肉眼即可观测。过去这些星系被认为是卫星星系，绕银河系轨道运行了数十亿年。然而今天欧空局盖亚天文卫星的最新数据显示，这其中的大部分矮星系即将首次穿过银河系。天文学家不得不重新审视银河系的历史及其成因，包括那些矮星系的性质与成分。图源：ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO ）

在本篇首张图片中可以看到，人马座矮椭球星系正在与银河系进行一场注定失败的拔河比赛。此前银河系在一场相似的战斗中打败了另一位轻量级对手——盖亚香肠星系（Gaia Sausage Galaxy）。这个星系现在还待在我们星系的外缘。

同一个科学家团队在早先的一项研究中说，银河系中心反方向的纤维状构造包含寿命长于80亿年的星体。如果他们的研究结论属实，那些星星就太老了，不可能是银河星系与人马座矮椭球星系碰撞的产物。反之，它们更可能是银河系与盖亚香肠星系作用的残余物。

（图解：艺术家创作的银河系结构图。图中详细标注了旋臂名称，位置等。 图源： ESO/NASA/JPL-Caltech/M. Kornmesser/R. Hurt）

三幅图像展示一较小星系（盖亚香肠）靠近、撞击随后扭曲银河系的过程。

（图解：在这三幅由计算机建模形成的图像中，你可以看到年轻的银河系与名字搞笑的小型卫星星系盖亚香肠相互作用初期的景象。图源：剑桥大学/ A. Fattahi (ICC, Durham, UK) 和Auriga Collaboration)

另一种理论

科学家还提出一种理论认为纤维状构造可能不是真正的“化石旋臂”，而是银盘大规模垂直扭曲活动的波峰。拉波特称：

“我们认为银盘在卫星星系作用下产生池面涟漪般播散的垂直波。”

（图解：银晕记录了银河系与卫星星系相互作用的历史。图中彩色圆点连成的线条为恒星流，星型图案标注了球状星团。小立方体则为矮星系。图源：马克思普朗克研究所Max Planck Institute)

为了缕清这些有争议的解释，团队将使用加那利群岛上的威廉·赫歇尔望远镜更细致地研究这些纤维状结构中的星体。拉波特说道：

“通常在星际尘埃干涉下，银河系中盘的大部分严重模糊，因此这些结构所在区域的探索程度仍然很低。不过，尘埃虽影响了星体亮度，却不影响星体运动。因此，当我们借由盖亚运动数据发现了这些纤维状结构，我们真的非常激动！现在的挑战仍是搞清楚这些东西到底是什么，它们是如何形成的，以及为什么数量如此庞大，它们能告诉我们关于银河系，还有其形成与演化的哪些信息。”

最重要的信息：一个科学家团队利用盖亚数据发现了银盘中的纤维状结构。他们认为这些构造可能是很早以前形成的“化石旋臂”。

BY: Kelly Kizer Whitt

FY: 盛酒酿丸子的碗

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