哈佛大學天文學家發現了一種由相互連接的「恆星苗圃」組成的整體波狀氣體結構，這是我們有史以來在銀河系中看到的最大結構。這一發現被稱為「拉德克利夫波」，以紀念合作總部-拉德克利夫高級研究所，這一發現將150年前關於銀河系附近恆星託兒所的願景轉變為一個不斷擴大的環，變成了一個波浪形的恆星形成絲，延伸到銀盤上下數萬億英里處。在發表在《自然》期刊上的這項研究中，得益於對歐洲航天局蓋亞(Gaia)宇宙飛船數據的新分析。
蓋亞宇宙飛船衛星於2013年發射，任務是精確測量恆星的位置、距離和運動。研究小組將來自蓋亞的超精確數據與其他測量結果結合起來，構建了一張詳細的銀河系星際物質3-D地圖，並注意到離地球最近螺旋臂上出現了一種意想不到的模式。天文學家發現了一個細長的結構：長約9000光年，寬約400光年，呈波浪狀，在我們銀河系圓盤中面上下各500光年。「拉德克利夫波」包括許多以前被認為是「古爾德帶」一部分的恆星託兒所。
「古爾德帶」是一條恆星形成區域，圍繞太陽呈環狀排列。哈佛大學羅伯特·惠勒·威爾森應用天文學教授、史密森學會副研究員、拉德克利夫高級研究院科學項目聯席主任艾麗莎·古德曼說：沒有天文學家想到我們住在一個巨大的波浪狀氣體集合體旁邊，或者它形成了銀河系的局部分支，當我們第一次意識到「拉德克利夫波」有多長、多直時，完全被震驚了。這個「拉德克利夫波」的存，在正迫使天文學家重新思考對銀河系3-D結構的理解。
維也納大學恆星天體物理學教授、拉德克利夫研究員若昂·阿爾維斯(João Alves)表示：古爾德和赫歇爾都觀察到明亮的恆星在天空投射出弧形，所以很長一段時間以來，人們一直在試圖弄清楚這些分子雲是否真的在三維中形成了一個環。相反，我們觀察到的是已知銀河系中最大的相干氣體結構，不是環狀，而是巨大、起伏的細絲組成。太陽在最近的點距離這個波只有500光年，它一直就在我們眼前，但直到現在才看到它。
這張新的銀河系3D地圖以一種新的視角，展示了銀河系鄰居，讓研究人員對銀河系有了一個修正的看法，並為其他重大發現打開了大門。目前不知道是什麼原因造成了這個形狀，但它可能就像池塘里的漣漪，好像有非常巨大的東西落在了銀河繫上。天文學家目前所知道的是：我們的太陽與這個結構相互作用，1300萬年前，當它穿過獵戶座時，它經過了一個超新星節日，再過1300萬年，它將再次穿過這個結構，這有點像我們在『衝浪』。
局部對銀河系的看法
在我們所處「塵土飛揚的」銀河系附近，解開銀河繫結構是天文學長期面臨的挑戰。在早期研究中，哈佛大學天文學和物理學教授道格拉斯·芬克貝納(Douglas Finkbeiner)的研究小組，開創了先進的統計技術，通過對恆星顏色大量調查來繪製塵埃的三維分布圖。哈佛大學研究生凱薩琳·扎克(Catherine Zucker)和約書亞·斯皮格爾(Joshua Speagle)現在利用蓋亞衛星的新數據增強了這些技術。
極大地提高了天文學家測量恆星形成區域距離的能力，其研究成果發表在《天體物理學》期刊上。NSF研究生，也是哈佛大學文理研究生院的博士生Zucker：我們懷疑銀河系可能有更大的結構，只是無法將其放入背景中。因此，為了製作一張準確的太陽鄰域地圖，將來自蓋亞等太空望遠鏡的觀測與天體統計、數據可視化和數值模擬相結合。Zucker在編制到局部恆星託兒所有史以來最大的準確距離目錄中發揮了關鍵作用，這是研究中使用3D地圖的基礎。
Zucker還給自己設定了一個目標，那就是畫一幅銀河系的新畫卷，無論是近的還是遠的。現在，終於可以用新的視角來真正地看到銀河系。研究恆星誕生會因為不完美的數據而變得複雜，我們有可能弄錯細節，因為如果你對距離感到困惑，就會對大小感到困惑。宇宙中的所有恆星，包括我們的太陽，都是由氣體和塵埃組成的動態塌縮雲。但是確定這些雲的質量、大小一直很困難，因為這些特性取決於雲的距離有多遠。
海量的數據
一百多年來，科學家們一直在研究恆星之間緻密的氣體和塵埃雲，以越來越高的解析度放大這些區域。在蓋亞衛星之前，沒有足夠的數據集來揭示大尺度上的星繫結構。自2013年發射以來，蓋亞衛星空間天文台已經能夠測量到銀河系中10億顆恆星的距離。來自蓋亞的大量數據，為創新的新統計方法提供了完美試驗台，這些方法揭示了局部恆星託兒所的形狀及其與銀河繫結構的聯繫。最終使人們能夠看到、探索和定量的描「拉德克利夫波」。
博科園｜研究/來自：哈佛大學
參考期刊《自然》《天體物理學》
DOI: 10.1038/s41586-019-1874-z
DOI: 10.3847/1538-4357/ab2388
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