这张令人惊叹的 3D 地图揭示了银河系令人困惑的曲线

当古代观星者仰望银河时，有些人看到了洒落的牛奶或一条流过天空的河流。其他人看到了一串干草或一群鸟。没有人发现风车。

当你被困在里面，水平地向内看向中心或向外看向边缘时，很难分辨出一个旋涡状的复杂圆盘。更糟糕的是，远处的明亮恒星与近处的较暗恒星相似，使天文学家无法感知任何深度。宇宙缺乏明显的里程标记是天文学的主要祸害之一。

但研究人员喜欢挑战，经过多年的努力，一支波兰团队发布了迄今为止最完整的银河系地图。他们并没有试图绘制银河系数千亿颗恒星。相反，他们把目光投向了更微妙的东西——银河系的弯曲、凸起和束状结构。今天发表在《科学》杂志上的这一结果提供了迄今为止对我们宇宙附近奇怪扭曲的最佳测量结果，并将成为那些试图更好地了解银河系如何形成其当前形状的人的目标。

华沙大学天文学家 Dorota Skowron 表示：“我们希望我们的论文能成为对银河系过去进行更复杂建模的一个很好的起点。我们的 [恒星] 是检验此类模型可靠性的绝佳试验台。”

斯科隆和她的同事通过寻找特殊的灯塔来勘测星系：经典造父变星是巨大的年轻恒星，亮度是太阳的数千倍，但年龄只有太阳的十分之一，它们的脉动持续时间为数天至数月。天文学家知道造父变星闪烁越慢，它燃烧得越亮——他们可以利用这种关系，通过比较恒星的实际亮度和从地球上看到的亮度来计算距离。

但在绘制出星系的造父变星（进而绘制出星系本身的曲线）之前，团队必须先找到它们。天文学家从智利拉斯坎帕纳斯天文台搜寻南部天空，拍摄了数十万张照片，仔细观察了超过十亿颗恒星，观察有规律的变暗和变亮，以发现造父变星的位置。最后，团队将他们的收获与之前调查中已知的造父变星结合起来，在 3D 星系图上绘制出了 2,400 颗恒星的准确位置（比同期研究多 1,000 颗）。

“突破性的时刻无疑是我们在典型星系图上看到造父变星的第一张图，并注意到了丰富的结构，”斯科隆回忆道。“这花了六年时间，但值得。”

有这样的结构吗？银河系的盘面就像融化的达利钟一样弯曲。天文学家在 20 世纪 50 年代首次注意到这种扭曲，一侧“向上”卷曲几千光年，另一侧“向下”卷曲类似距离，但对其确切形状的了解模糊，使理论家无法确定其最终原因。新地图前所未有的精确度可能有助于排除一些当前的选择，包括从卫星星系的引力拖拽到星系间磁场。

这幅星图为任何试图解释银河系如何形成的人设定了新的标准。例如，研究小组注意到，某些年龄的造父变星倾向于聚集在一起，较年轻的星群比较老的星群更紧凑——这表明银河系经历了恒星形成的浪潮。天文学家仍然不知道银河系到底有多少螺旋臂，它们缠绕得有多紧，恒星如何在星系的扭曲中穿行，或者什么可能引发恒星形成的爆发。未来的理论必须产生类似于新星图的东西。

其他研究人员对深入研究该星系过去的机会表示欢迎。“绘制银河系结构图是天文学多个研究领域的基础，”意大利都灵大学研究该星系扭曲的天文学家埃洛伊萨·波焦 (Eloisa Poggio) 表示，她没有参与这项研究。“它与我们星系的形成历史密切相关。因此，基于精确距离测量绘制 3D 地图非常重要。”

未来的观测将继续澄清华沙团队所绘制的图像。斯科隆估计，北半球的类似项目可能会发现另外 1,500 颗左右未被发现的造父变星。对银河系中心的额外红外观测也将穿透恒星之间的尘埃，这是该地图的主要误差来源：它掩盖了恒星的观测亮度，从而影响距离估计。而扩大普查范围以搜索一种更古老的脉动恒星，即 RR Lyrae，将为地图增加第四维度，包括更多古老的星系带。

人们可能不再想象银河是一条流经天空的奶油色溪流，但我们对宇宙的这个角落仍有很多不了解的地方。“了解我们在宇宙中的位置总是很有趣的，”斯科隆说。