人民網北京2月7日電 （唐佳）“我們身處的銀河系有一個標志性結構——旋臂，它由大量年輕的恒星、濃密的氣體和塵埃組成，是恒星形成的‘搖籃’。由于我們身處其中，僅能從內部‘窺探’它的結構，因此對于銀河系旋臂的整體圖像總是‘不識廬山真面目’。”中國科學院紫金山天文臺副研究員孫燕說。
近日，基于“銀河畫卷”一氧化碳分子氣體巡天數據，中國科學院紫金山天文臺研究團隊更新了銀河系外緣旋臂圖像，拓展了人們對銀河系的認知。新圖像覆蓋了銀盤面上約2/3方位角、銀心距約8-26千秒差距范圍內的分子氣體旋臂結構，較以往同類觀測擴大了約1.5倍。
據悉，為了更清晰全面了解銀河系分子氣體分布，中國科學院紫金山天文臺的科學家們利用德令哈13.7米毫米波望遠鏡，實施了具有國際領先水平的CO巡天項目——“銀河畫卷”計劃。“銀河畫卷”計劃自2011年至今已累積覆蓋了2000多平方度的銀盤區域。
旋臂不僅是銀河系的“形象代表”，更是其“心臟”所在，它們深刻影響著星際介質和恒星的物質循環。同時，銀河系的旋臂研究也為我們理解其他旋渦星系提供了重要的借鑒。特別是銀河系的外圈部分，與河外星系相比，其旋臂延伸范圍更加廣闊，是非常珍貴的研究樣本。
“觀測銀河系的旋臂并非易事。”孫燕表示，銀河系盤面扁薄，半徑約幾十千秒差距（1千秒差距約為3260光年），最大厚度約幾千秒差距，而人類居住在離銀心約8千秒差距的盤上，垂直盤面方向僅僅偏離物質分布最集中的中心盤平面幾十秒差距，僅能從內部“窺探”它的結構，無法俯瞰全貌。基于此，實現銀河系旋臂的觀測需要兩大條件：一是“廣”覆蓋——需要大規模、高效率的巡天觀測和長時間的數據積累。同時為了覆蓋盤面的360度范圍，理想情況下需要南北半球各配備一架高效望遠鏡協同工作。二是“深”探測——射電波段觀測是目前已知可穿透塵埃，捕捉到更遙遠區域的觀測手段，但繪制完整的盤面圖仍需要極高靈敏度的設備。
根據觀測，科學家重新繪制了銀河系太陽半徑以外的分子氣體分布圖，揭示了外太陽圈的三段旋臂結構。這些旋臂的長度從16到43千秒差距不等，最遠延伸至HI盤的邊緣地帶。
左：CO巡天觀測的外太陽圈分子氣體表面密度投影俯視圖；右：CO與其他示蹤天體得到的旋臂結構模型比較。 中國科學院紫金山天文臺供圖。
其中，距離較近的英仙臂和外臂結構尤為清晰，觀測圖像清晰展現了旋臂與旋臂間物質密度分布的顯著差異，并呈現準連續分布的特征。在銀河系盤的邊緣，約1306個分子云很好地描繪了最遙遠的旋臂結構，即外盾牌——半人馬臂，這些分子云連接了近年發現的第一象限新旋臂段與第二象限新旋臂段，并可能將這一遙遠的旋臂延伸至更遙遠的第三象限。
銀盤邊緣的1306個分子云疊加在銀河系結構遐想圖。 中國科學院紫金山天文臺供圖
盡管新CO巡天數據為銀河系分子氣體分布提供了一幅徑向方向覆蓋范圍更廣、細節更清晰的鳥瞰圖，對銀河系旋臂結構的認知得以進一步拓展，但銀河系旋臂的研究仍有許多未解之謎。例如，南銀盤的探測 、更高靈敏度與分辨率、多示蹤體聯合分析等。
從塵埃與氣體中孕育出恒星，再到恒星的能量回饋形成新結構，這種循環正是宇宙最迷人的景象之一。“未來，期待科學家們揭示更多關于銀河系的秘密，將這幅‘銀河畫卷’繪制得更加完整和精彩。”孫燕說。