作者:晋楠 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/19 9:38:48
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银河系测绘仪:盖亚6种方式改变天文学
欧洲航天任务将照亮隐藏小行星、宇宙扩张和系外行星

银河系的结构(艺术家绘图)很快或将被人们了解。图片来源:NASA/JPL

全世界的天文学家即将品尝到首个改变其工作方式的工具的滋味。

盖亚,由欧空局(ESA)于2013年发射的天文望远镜,在9月14日发出了其绘制的首幅银河系图。该目录显示了2057050颗恒星和其他天体的三维位置图像,还包括那些位置在过去20年里发生了怎样的变化。最终,该地图将包括10亿颗泰天体乃至更多,其广度将增加1000倍,精度至少比此前的星空图精细10倍。

近日同时发布的还包括已经读取过这些数据的盖亚天文学家撰写的19篇论文。但是独立的研究团队为首次一睹该图像做准备。瑞典隆德天文台(该天文台是盖亚项目自1993年被提出后的主要支持力量之一)天文学家Lennart Lindegren期待,天文学家会在该草图发布后的数周内撰写出100篇左右的论文。

一些研究团队已经计划了“盖亚黑客”和“盖亚冲刺”时间,研究人员将共同致力于如何才能最好地利用这一突然到来的甘露。“盖亚将会给人们所致的恒星和星系知识带来革命。”美国纽约大学天文学家、带领其中一些研究项目的David Hogg说。那么,盖亚可能会带来哪些惊喜呢?

银河系考古

盖亚的动态银河系三维图将揭示恒星如何在相互结合的引力牵引下移动。这将会增加对银河系结构的了解,包括那些不能直接从地球上观测到的部分,比如从银河系中心直直伸出的与漩涡臂相连的两个分支。

研究人员将能够分辨与银河系星流在一起高速运转的外围恒星团,它们据认为是与更小星系合并后的残留天体,艾爱兰都柏林大学天文学家、ESA盖亚项目原高级科学家Michael Perryman说。如果加上关于恒星颜色、温度和化学成分的现有信息,这份详细的星图将能让研究人员重建银河系考古学:它在过去130亿年中发展到当前的状态。“在其一生中,盖亚将彻底影响人们对银河系结构及其演化历史的认识。”密歇根大学安娜堡分校天文学家Monica Valluri说。

银河系暗物质在那里

星系内部恒星的轨迹细节将不仅会揭示可见物质的分布,还有构成大多数星系质量的暗物质的分布。反过来,这将有助于揭示暗物质是什么。

盖亚可能该会引出一些待验证的新理论。标准暗物质理论预测,星系的引力场在银河系中心附近呈球形对称分布,然后在远处会“像美式足球”那样被拉长,Valluri解释说。但是一种叫作MOND(修正的牛顿对称力学)的选择性理论则认为,引力场的形状更像一个平底煎饼。通过观察依赖引力场的恒星速速,盖亚将能够验证哪个理论是正确的。

该探测器的数据甚至你可能揭示暗物质杀死恐龙的证据。这个大胆的理论认为,如果暗物质在银道面附近聚焦成一个相对较薄的“黑暗磁盘”,当太阳系周期性地通过该磁盘时,那么它就可能引发导致物质灭绝的小行星撞击事件。

争议性的恒星距离

精确地测量单个恒星距离调养西有多远,将能够让天文物理学家精化他们的恒星演化模型。这是因为当前的理论非常依赖一颗恒星生命周期中的自身亮度变化来判断天体之间的距离。

研究人员希望核实其距离的一组恒星是昴宿星团,它们是位于金牛座的一个星团。在多数观测中,其中包括用哈勃望远镜观测的结果,都认为该星团位于135秒差距(相当于440光年)之外。但是基于欧空局在盖亚之前发射的另一颗探测器依巴谷卫星的观测结果,该星团仅在120秒差距之外。

一些人曾表示,这一矛盾表明了对依巴谷卫星的精确性存在疑问。盖亚利用类似、但却比依巴谷卫星更加先进的方法,因此天文学家将能够更加近距离地仔细观察它们。“我认为依巴谷卫星的观测结果很有可能最终会被盖亚证伪。”马里兰州巴尔迪摩市空间通信科学研究所的David Soderblom说,他是哈勃卫星的研究作者。

数千个新世界

天文学家已经发现了数千颗围绕其他恒星运转的行星,在大多数情况下采用的方法是观察一颗在轨行星穿过一颗恒星的前面时会在明亮的恒星上留下一个小暗点(即掩星法)。

“很有可能这项任务将会揭示数千颗新世界。”康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学天文学家Gregory Laughlin说。

盖亚的技术在相对较宽的轨道上最适合观测大质量行星,意大利都灵天体物理天文台盖亚研究员Alessandro Sozzetti说。而且与掩星法不同,它能够直接测量一颗行星的质量。如果的确如此,这项一开始走过许多弯路的技术将会杀个漂亮的回马枪。

但是通过这种方式寻找行星将需要数年观测,其内部人士预计要到2018年,Sozzetti 说。

宇宙快长速度有多快

尽管盖亚主要的目标是探测银河系,但其影响将会触及到可观测到的全部宇宙。

盖亚仅可对银河系中的天体或是紧邻的天体进行直接距离测量;为了顾及遥远星系的距离,天文学家需要等待恒星爆炸,即超新星。这种超新星的明显亮度能够揭示相应的星系距离有多远。这样的指示牌,或是“标准烛光”一直是扑你高估宇宙扩张速率的主要工具。这项测量已经让天文学家提出神秘的“暗能量”在加速宇宙扩张。

但是利用超新星作为指示牌,天文学家必须将其与银河系中其他种类的标准烛光进行对比。在其首批数据公布后,盖亚将以高精度测量数千颗类似恒星的距离。最终,这个探测器的测量将能让宇宙学家提高其对整个宇宙的绘图能力,并可能解开关于宇宙碰撞速率的一些矛盾估计。

看不见的小行星威胁

在其扫描天空时候,盖亚还将跟踪并发现距离家门较近的天体。最终,它被期望能够在太阳系内观察到35颗小行星以及数千颗新小行星,盖亚项目天文学家、法国蔚蓝海岸天文台的Paolo Tanga说。这些将包括近地小行星(NEOs),即那些轨道在距离地球约两亿公里以内的天体。

当期发现NEO之后,盖亚将能提示天文台,然后将利用地面望远镜了解这些天体是否存在威胁。由于其在空间中的优势,盖亚将能够扫描几乎整个天空,因此可能揭示地面上观测到的在某些时间过于靠近太阳的天体,荷兰莱顿天文台天文学家、盖亚数据合作项目负责人Anthony Brown说。“我们将能够观察到地面上同时很难观察到的地方。”

通过跟踪某些特定小行星若干年内围绕太阳运行的轨迹,盖亚将能对阿尔伯特·爱因斯坦的引力描述及其广义相对论进行更加敏感的检验。(晋楠)

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《自然》相关报道(英文)

 
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