扭曲的银河系盘面，谁干的？

直径将近 20 万光年的银河系盘面竟然不是平的，而是像薯片一样被扭曲了。究竟是什么样的力量能让一个星系变成如此模样呢？

上回说到，从赫歇尔的"数星星"方式首次绘制银河系形状图，到后来通过星际间中性氢的 21 厘米线绘制的螺旋状星系图，我们对银河系整体形状的认识已经取得了很大的进步。

但即便如此，如今我们对银河系的了解仍然十分有限。虽然形状知道个大概，但在细节方面经常有出人意料的发现。比如说盘状的螺旋外形后来发现并不是想象的那样平整，它的边缘似乎被什么东西扭曲了，呈现出翘曲结构。

其实关于银河系的翘曲结构，上世纪 50 年代人们就通过射电观测发现了。后来大量观测证据表明，不止是我们银河系，宇宙中的盘状星系大约有 1/3 的外盘边缘都会或多或少地向上或向下卷起。

可是因为尘埃遮挡等原因，对于遥远的银河系外盘，就连较为精确的测距都显得十分困难。所以虽然银河系翘曲结构的推测早就有了，但是这事一直没有直接证据。

2019 年，由中国科学院国家天文台联合多个国际合作团队首次为银河系的翘曲结构下了定论。相关结果发表在了 2019 年 2 月份的《自然・天文学》杂志上。

在银河系内的远距离测距方面，造父变星一直是天文学家的常用手段。

造父变星是一种特殊的光度成周期性变化的恒星。对这种恒星来说，它的光变周期越长其绝对光度也就是绝对星等也越高，两者之间存在一种固定关系。而绝对光度会随着距离的增加而减小，所以我们根据实际看到的视星等就能推算出这颗恒星的距离。相较于银河系外的超新星测距，造父变星在银河系内的测距方面非常好用且精准。

为了解决银河系外盘被尘埃遮挡导致测距不精准的问题，研究人员精选出了 1339 个典型的造父变星，通过它们构建出了一个较为精确的星系盘模型。

对于这些散落在星际空间中的一闪一闪的恒星，它们犹如迷雾中的灯塔，为我们勾勒出了银河系的大致轮廓。

研究人员发现，距离银河系中心越远的恒星，它们偏离银河盘面越是严重。比如太阳系所在的位置（距离银心大约 26000 光年），这里的恒星基本都在银盘范围内，上下顶多差个几百光年；但在距离银心更远的外盘边缘，那里的恒星则能偏离银道面达几千光年。

而且这些恒星偏离的方向也不是统一的，有的向上有的向下。另外，盘面的这种扭曲本身它也不是固定的，而是存在着进动，也就是随着时间的变化扭曲的方向也会随之改变。

好端端的漩涡星系，为何会呈现出这种扭曲的姿态？究竟是什么样的神秘力量竟能扭曲整个星系？

考虑到这种翘曲结构并不是银河系独有的，这说明产生它的原因也很常见，而不是某种巧合。

比如研究人员认为，这种现象可能是由于星系内盘巨大的旋转力导致的。说白了就是星系内部太卷了，以至于外围都被卷变形了。

除此之外，还有人觉得这可能会和星系外围的暗物质晕或者是星系间磁场等因素有关。总之对于该现象的产生原因一直众说纷纭。

2020 年，又一篇关于银河系翘曲结构的文章发表在了《自然・天文学》。这次研究人员基于欧航局盖亚任务的二期数据，通过对 1200 万颗恒星的运动分析，发现银河系翘曲结构进动的速度比预想的要快得多。如此一来，这就排除了是暗物质晕或者是星际间磁场导致的可能性。这种快速的变化意味着造成星系扭曲的原因应该是种更加强大的力量，比如说另一个星系的碰撞。

盖亚望远镜此前就发现了银河系与其他星系曾经碰撞过的证据，而这次研究人员认为，导致银河系出现翘曲的可能正是银河系的一个卫星星系 -- 人马座矮星系。

人马座矮星系也叫人马座矮椭球星系（SagDEG），这是一个直径大约一万光年围绕银河系近距离以椭圆轨道运行的卫星星系。数十亿年来，该星系或许已经环绕银河系"贴脸飞行"了几十圈。

在大犬座矮星系被发现前，人马座矮星系被认为是离银河系最近的一个星系，目前它距离银河系中心大约只有 5 万光年。要知道，银河系的半径也就不过几万光年。因此，人马座矮星系目前除了核心外，其余大部分结构都已经被银河系的潮汐力破坏得差不多了，可以说已经开始融入到银河系中。

而银河系边缘的翘曲结构，或许就是人马座矮星系和银河系的碰撞导致的。人马座矮星系就像是扔入水中的一颗石子，而银河盘面的翘曲则是水面荡起的涟漪。

研究人员推测，人马座矮星系与银河系的碰撞可能发生在距今 62 亿~42 亿年间，而这个时间恰好和太阳的诞生差不多时间。那也就是说，有没有一种可能：正是由于人马座矮星系和银河系的这次碰撞才有了今天的太阳系？也才有了地球和如今的人类文明？

当然，目前这些都只是偏脑洞的猜想，并没有相关证据。对于这种几十亿年前的星系碰撞和星系盘的演化研究可以被称为"星系地震学"，属于银河系考古范畴。

就像人们可以通过地震了解地球的内部历史，通过日震能更加了解太阳，星震可以了解银河系的其他恒星…… 如今我们已经进入"星系地震学"时代，通过研究银河盘面的振荡和演化，我们可以更加详细地了解银河系的前世今生。

参考资料

• [1] https://www.cnsa.gov.cn/n6758824/n6759218/c6805376/content.html

• [2] https://www.nature.com/articles/s41550-018-0686-7

• [3] https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia/Milky_Way_s_warp_caused_by_galactic_collision_Gaia_suggests

• [4] https://www.nature.com/articles/s41550-020-1017-3

• [5] https://www.universetoday.com/157868/a-dwarf-galaxy-passed-close-to-the-milky-way-and-left-ripples-in-its-wake

• [6] https://academic.oup.com/mnras/article/516/4/4988/6701646

本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo