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所见非所得,银河系的实际大小远超我们的想象!

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天文在线 2021-09-26 09:37

文章介绍了天文学家们试图通过对银河系质量星系的暗物质光晕进行了高分辨率的宇宙学模拟,来测定包裹银河系的暗物质,由此来测定银河系的直径的大小。

当你身处某物之中时,往往很难准确判断它的大小,比如我们所在的银河系的大小。我们没办法得到银河系外部确切的照片,因此我们对其大小最好的估算就是依赖于测量银河系与外围物体之间的距离。

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根据去年盖亚的测绘数据,我们估计银河系中心星系盘的直径大约为26万光年,这个数据在可允许的误差范围内。但是,就像太阳的影响比柯伊伯带延伸得更远一样,银河系的引力影响和密度—还包括了其看不见的暗物质晕部分—整个银河系的实际延伸范围远超可见的中心星系盘大小。

银河系的延伸范围到底有多远呢?在这里,新的计算结果显示其大小远超我们的想象。英国杜伦大学的天体物理学家阿里斯·戴森和他的同事在提交给《皇家天文学会月刊》并上传到arXiv网站上的一篇新论文揭示了银河系的直径大小能达到190万光年。

除了我们能看到的部分,组成银河系的还有更多我们看不见不了解的部分—比如,在银河系中心存在一个超大质量黑洞—人马座A*,恒星和气体都围绕这个黑洞的轨道旋转。而我们之所以知道这一点,是因为银河系星盘外边缘恒星的运动速度远远超过了它们根据可探测物质的引力影响所应达到的速度。

额外的引力影响给了银河系星系盘另外的旋转推力,而这种推力被解释为来自暗物质的影响—暗物质晕是围绕在银河系之外的是一个巨大的球形晕状物,它将整个银河系都包裹在内。但是,由于我们不能直接探测到暗物质,因此我们必须根据它对周围其他物质的影响来推断它的存在。

银河系暗物质晕的示意图。(数字宇宙/美国自然历史博物馆)

而这,就是戴森和她的国际同事们目前正在做的事情—证明暗物质的存在。

首先,他们对银河系—以及众多外星系的暗物质晕进行了高分辨率的宇宙学模拟分析,这些模拟既有孤立的,也有与本星系群相似的。本星系群是一个直径约980万光年的小星系群,银河系就属于本星系群。

他们特别关注的是银河系与M31的距离,也就是与仙女座星系之间的距离,仙女座星系是我们最近的大体量的邻居,且它将很有可能在大约45亿年后与银河系相撞。这两个星系目前相距大约250万光年—已经足够近到使各自的引力相互影响。

利用几个不同的模拟程序,该团队模拟了各个天文物体在银河系的暗物质晕的运移轨迹,观测它们径向速度(物体在不同距离上围绕星系移动的轨道速度)和密度,以此试图确定暗物质晕的边缘。

这些模拟都表明,在暗物质晕之外,矮星系等物体的径向速度都显著下降。

然后,他们将这一数据与本星系群中银河系周围矮星系的观测数据进行了比较。正如他们的模拟预测那样,在暗物质晕之外的天文物体径向速度突然下降。由此,该团队计算到银河系暗物质晕边界的径向距离大约是292千秒,也就是大约95万光年。

该径向的两倍,就是190万光年多一点—这就是整个银河系的大致直径。以后我们能得到更精确的银河系的直径距离,也应该再进一步,虽然它不是这项研究的主要重点,但它有助于限制银河系的边界,并可以用来为其他星系寻找这样的边界。

研究人员在他们的论文中提到“在许多关于银河系晕的研究中,它的外边界一直是基本限制条件。但研究人员对银河系的外边界的选择通常存在主观性,正如我们前面所争论的那样,到底哪里才是银河系的边界?因此我们在对其研究前最好先定义好银河系晕物理和/或观察驱动的外部边缘。在这里,我们已经将潜在暗物质分布的边界与可观测的恒星晕和矮星系的数量联系起来。”

“未来的数据有很大的可能比我们已展示的更可靠、更准确,能更好地测量出银河系外边界以及银河系附近的其他星系的外边界。”

这项研究已经提交给了《皇家天文学会月刊》,并且可以在arXiv上找到。

BY: MICHELLE STARR

FY: 张雨

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