谁泄露了银河系舞者的体重

• 2023-05-12 07:01:00 来源：科普时报

(资料图)

在一个静谧的夜晚，我躺在山顶的草地上，满目尽是横亘整个天空的璀璨银河，我看得如痴如醉，渐渐有些睡眼迷离。随后，我仿佛看到银河化作了一个不停旋转的美丽姑娘，银盘变作了姑娘身上的长裙，繁星成了一个个耀眼的珠子点缀在长裙之上。这些珠子随着姑娘不停地转动，神奇的是珠子未通过任何丝线系着，却不会从姑娘的裙摆上掉落，也许它们也被这美丽的姑娘的魅力所深深吸引，不舍离去？

我唐突地上前问道：“姑娘芳龄几许，体重几何？”姑娘并未恼怒，只是微微朝我笑了笑，也并未回答我，自顾自地继续跳着舞。就像这世上大多数的姑娘一样，她们的心思让倾慕者们猜不透，但更令人着迷。

我痴迷地欣赏着姑娘的舞姿，不自觉地将注意力放到了长裙的珠子上，思索着转动的珠子为什么不掉落。原来，根据万有引力定律，银河系舞者的体重（质量）提供了引力，引力就像看不见的丝线，使得这些珠子（星体）被紧紧地束缚住。质量的集中程度和距离的远近也决定了某处旋转速度的大小，随着距离增加，转动速度会下降。银河系舞者裙摆上距离中心不同位置的珠子，它们的转动速度随着距离的变化勾勒出了一条速度曲线，我们称作旋转速度曲线。旋转速度曲线能反映银河系各个成分，即包括核球、银盘、银晕在内的物质分布。所以，当我们知道了银河系的旋转曲线，也就知道她的体重了。

我们团队也是这名美丽舞者众多的倾慕者之一，但精确测量银河系的旋转曲线并不是一件轻松的事情，我们需要知道银河系中心不同距离处星体的精确距离、视向速度和自行（星体切向运动角速度）。而要获取这些信息，则需要借助于大型的“神兵利器”，如郭守敬望远镜（LAMOST）、美国APOGEE巡天和欧空局Gaia卫星。我们从众多的珠子中选取明亮的亮红巨星用于研究银河系的旋转曲线，由于它们足够亮，能帮助我们测得更遥远处的旋转曲线，并且它们的距离可以从光谱数据中得到。我们从LAMOST和APOGEE光谱巡天中获取了银河系中25万余颗亮红巨星的光谱数据，光谱数据提供了精确的恒星大气参数、视向速度等参数信息。我们基于Gaia卫星数据释放的三角视差，以采用贝叶斯方法估计出的距离信息作为训练样本，利用机器学习方法从光谱数据中得到了这25万余颗亮红巨星精确的分光距离，估算的距离精度优于10%—15%。

基于亮红巨星大样本，我们从中遴选出大约54000颗具有视向速度、自行（源自Gaia卫星数据）和分光距离信息的银河系薄盘恒星，利用金斯模型构建了距离银河系中心1.6万光年至8.1万光年范围内、迄今为止最精确的银河系旋转曲线，精度高达每秒1千米到3千米。我们进一步构建了银河系的质量模型，包括核球、银盘、银晕这三个成分的质量，算出了银河系舞者的质量约为8050亿倍太阳质量。

嘘！不要说她胖哦，那样她会很生气的。

在岁月的长河里，美丽的舞者优雅地跳了上百亿年的舞。而我们人类躺在她的臂弯里（我们的太阳系位于银河系的猎户座旋臂）只欣赏了她几百万年的舞姿。宇宙广袤无边，相信我们并不是唯一的观众。在三四十亿年后，她将会和另一名美丽的舞者——仙女座星系相遇，进行一场惊心动魄的双人舞。（作者系中国科学院大学银河系研究团组成员，第一作者、第二作者为团组研究生，第三作者系中国科学院大学副教授）

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