中国天文学家揭秘银河系：从旋臂结构到暗物质分布的新突破
中国天文学家揭秘银河系：从旋臂结构到暗物质分布的新突破
2023年4月，中国科学院紫金山天文台（以下简称“紫台”）研究团队基于多波段高精度测量数据，首次提出了银河系是一个内部两旋臂、外部多旋臂的星系。这一发现不仅挑战了传统的四旋臂模型，还为理解银河系的形成和演化提供了新的视角。
突破传统认知：银河系结构的新模型
传统观点认为银河系具有四条从内到外的旋臂，这一观点由美国科学院院士Mark Reid教授提出。然而，紫台研究团队的新模型显示，银河系与宇宙中高达82%的同类星系相似，而传统模型星系仅占约1%。这表明银河系并不特别，其结构更符合宇宙中大多数星系的特征。
为了验证这一新模型，紫台团队采取了多项重要观测行动。2023年11月，团队成功申请到美国甚长基线干涉阵（VLBA）122小时的观测时间，计划观测银河系远端（约4万光年）的8个大质量恒星形成区脉泽的视差（距离）和自行（运动）。这些脉泽可能位于银河系新模型预测的人马臂和英仙臂交叉点附近，将为揭示银河系远端旋臂结构提供关键数据。
LAMOST望远镜：揭秘银河系的关键利器
在银河系研究中，我国自主研制的郭守敬望远镜（LAMOST）发挥了至关重要的作用。LAMOST拥有5.72米×4.4米的反射镜面，是目前世界上口径最大的大视场望远镜，能够同时观测4000个天体。其巡天数据为研究银河系结构和恒星参数提供了宝贵的数据支持。
北京师范大学研究团队利用LAMOST和Kepler数据，精确测量了14000颗红巨星的质量和年龄。研究发现，这些红巨星的年龄精度达到25%，质量精度达到7%。这一成果为进一步理解银河系的形成和演化历史提供了重要参考。
更令人振奋的是，研究团队在Kepler观测的7000颗红巨星中，发现了40颗具有异常特性的红巨星。其中一类质量仅为0.5至0.7倍太阳质量，另一类虽然质量正常（0.8至2.0倍太阳质量），但亮度显著不足。这些发现为研究双星性质及恒星演化提供了新的观测证据。
暗物质研究的新突破
上海交通大学物理与天文学院沈俊太教授团组利用LAMOST望远镜观测的K型巨星，探究了银河系并合历史遗留的暗物质速度子结构在太阳邻域的贡献。研究发现，太阳邻域暗物质的速度分布与标准暗晕模型存在显著偏差。这一发现对暗物质直接探测实验具有重要影响，特别是在低质量暗物质粒子的探测方面。
展望未来：SKA时代的天体测量
未来的SKA-VLBI（平方公里阵列望远镜）将达到或好于2微角秒的视差测量精度，其灵敏度将达到微央斯基，而且能覆盖广泛的天空范围。这将能够精确测量银河系远端的旋臂结构，不仅验证新的银河系模型，还能揭示旋臂的三维运动和演化。此外，SKA-VLBI的高精度天体测量有望革命性地解决许多天文学和物理学基本问题，例如恒星形成、黑洞物理、星系演化、宇宙哈勃膨胀等。
中国在银河系结构和暗物质研究领域取得的这些重要进展，不仅展示了中国天文学研究的实力，也为人类理解宇宙的起源和演化提供了新的线索。随着更多观测数据的积累和分析，我们有理由相信，未来将会有更多令人振奋的发现等待着我们去探索。