銀河系的巨大“觸手”，正在伸向未知的空域

銀河系旋臂的伸展范圍比之前認(rèn)為的要大。

藝術(shù)家描繪的銀河系頂部視圖。根據(jù)舊數(shù)據(jù)估算的旋臂顏色偏冷，而根據(jù)新數(shù)據(jù)估算的旋臂顏色偏暖。NASA / CXC / SAO / M.Weiss

不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中。天文學(xué)家對我們所在的銀河系形態(tài)的認(rèn)識(shí)，其實(shí)還遠(yuǎn)不如那些極端遙遠(yuǎn)的星系。要了解銀河系的特征，人們需要?jiǎng)佑酶鞣N技術(shù)，在幾乎全波段上進(jìn)行觀測才可能有些微的進(jìn)展。

一個(gè)國際天文科研團(tuán)隊(duì)近日使用錢德拉X射線太空望遠(yuǎn)鏡和XMM牛頓科學(xué)衛(wèi)星，對銀河系旋臂中塵埃云的距離進(jìn)行了精確測量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些塵埃云和我們的距離，比之前認(rèn)為的要遠(yuǎn)——也就是說，銀河系旋臂的伸展幅度可能比之前認(rèn)為的要大。這意味著天文學(xué)家可能需要反思與銀河系結(jié)構(gòu)有關(guān)的既有理論。

研究人員在測量中使用了“光回波（light echoes）”技術(shù)。大質(zhì)量恒星內(nèi)核坍縮或中子星合并產(chǎn)生的伽馬射線暴同時(shí)也會(huì)釋放出X射線，并在旋臂內(nèi)的塵埃云上反射形成X射線光環(huán)。根據(jù)這些光環(huán)的直徑可以推算反射物與我們的距離——光環(huán)越大，這些塵埃云離我們就越近。

主持研究的意大利國家天體物理研究所米蘭天體物理空間科研所研究員Beatrice Vaia表示，這是一種僅依靠幾何學(xué)就能精確測量銀河系旋臂距離的方法。其他方法大多需要假設(shè)銀河系的自轉(zhuǎn)方式，而這樣的假設(shè)在測量銀河系外圍區(qū)域時(shí)，不確定性會(huì)顯著增加。

研究團(tuán)隊(duì)借助三個(gè)伽馬暴及其在銀河系三條旋臂上形成的X射線光回波環(huán)，對銀河系旋臂的距離進(jìn)行了測量。這三條旋臂按照與銀心距離由近至遠(yuǎn)排列分別是：英仙臂、外臂和外盾牌-半人馬臂。對后兩條旋臂中光回波環(huán)的觀測結(jié)果表明，這兩條旋臂和我們的距離比之前認(rèn)為的要遠(yuǎn)10%。數(shù)據(jù)還顯示，距離我們最遙遠(yuǎn)的旋臂中塵埃云的寬度大約為3500光年。

研究人員的測量結(jié)果適用于旋臂的整個(gè)厚度，而不僅限于孤立塵埃云。參與研究的Ilaria Fornasiero表示，新測量結(jié)果與之前的數(shù)據(jù)差距雖然看起來不大，但它可能會(huì)迫使天文學(xué)家對銀河系的質(zhì)量估算值作出修正，因?yàn)殂y河系旋臂的伸展范圍受銀河系質(zhì)量的影響。

這一新的測量技術(shù)在精度方面有顯著提升，表明伽馬暴等強(qiáng)烈瞬變天象在宇宙尺度測定方面的潛力。但能夠穿透銀盤被我們觀測到的伽馬暴極為罕見。

這是一幅融合了錢德拉X射線數(shù)據(jù)與Pan-STARRS光學(xué)數(shù)據(jù)的圖像，展現(xiàn)了一個(gè)位于銀河系外部的明亮X射線源產(chǎn)生的X射線環(huán)。伽馬射線暴產(chǎn)生的X射線經(jīng)銀河系旋臂中的塵埃云反射后抵達(dá)地球，形成了所謂的“光回波”現(xiàn)象。環(huán)的直徑與塵埃云和地球的距離有關(guān)：環(huán)越大，塵埃云與我們的距離就越近。伽馬暴的源頭位于這些圓環(huán)的中心。NASA / CXC / INAF / B. Vaia / Pan-STARRS / SAO / N. Wolk & P. Edmonds

參考

Accurate distances of the Galactic spiral arms from dust-scattered X-ray emission of gamma-ray bursts

https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2026/06/aa57431-25/aa57431-25.html

NASA’s Chandra Examines Milky Way at Arms’ Length

https://science.nasa.gov/missions/chandra/nasas-chandra-examines-milky-way-at-arms-length/