翻譯：毛明遠(yuǎn)

校對：趙琨、楊伯順、王克義

封面圖片：壯麗的銀河

Credit: ESO/S. GUISARD

寬廣的銀河系，容納了千億顆恒星，太陽——我們的生命之源——只是其中之一；銀河系所處的本星系群，擁有60余個星系；從下圖不難看出，銀河系與仙女座星系當(dāng)屬最大的兩個。

仙女座星系尺寸更大顯而易見，但說到質(zhì)量，誰能稱霸本星系群，至今還是難解的謎團(tuán)。

本星系群由銀河系和仙女座星系“主導(dǎo)”

Credit: ANDREW Z. COLVIN

測量一個星系的質(zhì)量談何容易，如果是我們所處的銀河系，則更難上加難。假如你想知道你所處房間中每個人眼睛的顏色，那你就要走到每個人的身邊觀察并記錄，或是借助望遠(yuǎn)鏡觀察，但你卻無法明確自己眼睛的顏色（虹膜的顏色）。

看看人們的面孔(譯者猜測這是2017年北美世紀(jì)日全食時拍攝的)

Credit: PUBLIC DOMAIN / PXHERE

想要知道自己眼睛的顏色：1、可以詢問他人；2、通過反射光，比如照照鏡子、自拍。

然而對于銀河系，我們永遠(yuǎn)無法完成這兩個“簡單”的動作。

奧大大

Credit: PETE SOUZA / WHITE HOUSE

如何觀測和估算銀河系的質(zhì)量？科學(xué)家們一直在做各種嘗試，望遠(yuǎn)鏡越建越大，選址海拔越來越高，甚至我們把望遠(yuǎn)鏡送到太空(但也就在地球旁邊)，巡天觀測讓我們獲取到大量銀河系恒星的信息，但這些信息依然非常有限。

來自蓋亞任務(wù)的銀河系全景圖，中間橫跨圖片的是銀河系，右下方是大小麥哲倫云

Credit: ESA/GAIA

截至目前的觀測數(shù)據(jù)表明，銀河系擁有約2000-4000億顆恒星，太陽系距離中心約2.5萬光年。

• 銀河系直徑10萬光年，而中心厚度約5000-6000光年，邊緣厚度2000-3000光年，可見物質(zhì)(恒星、塵埃和氣體)之間會相互遮擋。

• 銀河系的旋臂到底是什么狀況未有定論。

• 遠(yuǎn)端的超新星和超新星遺跡很難觀測。

• 物質(zhì)圍繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)，但準(zhǔn)確測算這個運(yùn)動并不容易。

四種不同波段的銀河系中心區(qū)域影像，從上至下分別是：亞毫米波、遠(yuǎn)紅外、近紅外和可見光

Credit: ESO/ATLASGAL CONSORTIUM/NASA/GLIMPSE CONSORTIUM/VVV SURVEY/ESA/PLANCK/D. MINNITI/S. GUISARD ACKNOWLEDGEMENT: IGNACIO TOLEDO, MARTIN KORNMESSER

上圖可以看出波長較長的光穿透能力較強(qiáng)。目前，歐空局的蓋亞任務(wù)對銀河系的天體測量意義重大，它讓我們了解到很多銀河系的細(xì)節(jié)。

再來看看仙女座星系，它距離我們200萬光年，是天空中角直徑最大的星系?？茖W(xué)家對仙女座星系進(jìn)行了大量觀測，其中最著名的要數(shù)全波段哈勃仙女座星系庫PHAT(the Panchromatic Hubble Andromeda Treasury)的觀測數(shù)據(jù)，幾乎覆蓋了一半范圍的恒星和塵埃。

PHAT影像

Credit: NASA, ESA, J. DALCANTON, B.F. WILLIAMS, L.C. JOHNSON (UNIVERSITY OF WASHINGTON), THE PHAT TEAM, AND R. GENDLER

經(jīng)過對比現(xiàn)有觀測數(shù)據(jù)，仙女座星系的數(shù)據(jù)在以下幾個方面占優(yōu)勢：

• 從恒星數(shù)量上，斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡(紅外)觀測結(jié)果表明，仙女座星系約有1萬億顆恒星，而銀河系的恒星數(shù)量不確定性很高，數(shù)量范圍是2000-4000億顆恒星。

• 仙女座星系的直徑還是比較容易測量的，約22萬光年，而銀河系僅有10萬光年。

• 仙女座星系的恒星更古老，它的恒星形成速率大約僅有銀河系的20-30%。

仙女座星系中6個壯觀的星團(tuán)(其中第五張明亮的橙色恒星是前景銀河系的恒星)。這些來自PHAT的觀測結(jié)果有助于我們測算仙女座星系的恒星形成速率和它們的歷史

Credit: NASA, ESA, J. DALCANTON, B.F. WILLIAMS, L.C. JOHNSON (UNIVERSITY OF WASHINGTON), AND THE PHAT TEAM

這樣看來，仙女座星系的質(zhì)量應(yīng)該比銀河系大很多。但是我們忽略了一些因素：測算星系的質(zhì)量通常是觀測圍繞星系中心的星系暈中的星團(tuán)、恒星。對于仙女座星系來說，主要的物質(zhì)分布在中心向外的百萬光年范圍內(nèi)，不僅包括上述星團(tuán)、恒星，還有塵埃、氣體，以及上文未提及的暗物質(zhì)。因此，仙女座星系的質(zhì)量仍存在很大的不確定性，約是太陽質(zhì)量的8000億至1.5萬億倍。

該圖片展示了科學(xué)家估算仙女座星系質(zhì)量的一種手段。仙女座星系中的氣體會吸收部分來自遠(yuǎn)方類星體的光線，在特定波段出現(xiàn)吸收譜

Credit: NASA, ESA, AND A. FEILD (STSCI)

科學(xué)家借助蓋亞任務(wù)和哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，測量了銀河系中46個球狀星團(tuán)的徑向運(yùn)動(視線方向)和自行運(yùn)動(垂直于視線方向)，最遠(yuǎn)的距離我們13萬光年，這進(jìn)一步提升了計(jì)算銀河系質(zhì)量的準(zhǔn)確性。

結(jié)論

通過蓋亞任務(wù)的數(shù)據(jù)測算出銀河系的質(zhì)量是太陽的1.3萬億倍；結(jié)合蓋亞任務(wù)和哈勃數(shù)據(jù)(哈勃空間望遠(yuǎn)鏡可以獲取更遠(yuǎn)的球狀星團(tuán)數(shù)據(jù))測算出銀河系的質(zhì)量是太陽的1.54萬億倍，誤差小于太陽質(zhì)量的1000億倍。

圍繞銀河系中心的球狀星團(tuán)分布，距離銀河系中心越近的球狀星團(tuán)擁有更高的金屬豐度

Credit: WILLIAM E. HARRIS / MCMASTER U., AND LARRY MCNISH / RASC CALGARY

由此可知，仙女座星系測算質(zhì)量的最大值與銀河系相仿，最小值則只有銀河系的一半。

發(fā)表于去年的一項(xiàng)研究成果還曾提出，銀河系比以往的估算要大的多，直徑高達(dá)17萬光年。

北斗外側(cè)的M81和M82是兩個星系，很像我們銀河系與仙女座星系。

Credit: MARKUS SCHOPFER / C.C.-BY-2.5

在很長時間內(nèi)，人們都一直認(rèn)為仙女座星系比銀河系更大、更重，但不斷提高的觀測技術(shù)在持續(xù)的修正這些觀點(diǎn)。

星系中的恒星流，引力在過去和現(xiàn)在所起的作用，星系的初始狀態(tài)及演化歷史，統(tǒng)統(tǒng)會影響星系質(zhì)量的測量；除了已經(jīng)可測的恒星和星團(tuán)的速度，我們還需要測量其加速度，受限于目前的技術(shù)，后者難度巨大。銀河系和仙女座星系的質(zhì)量之爭有待進(jìn)一步研究解決。

原文鏈接

https://www./sites/startswithabang/2019/03/14/could-the-milky-way-be-more-massive-than-andromeda/#218d20db3884

參考文章

https://www./articles/aa/full_html/2018/04/aa32880-18/aa32880-18.html

責(zé)任編輯：趙琨

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工作中的蓋亞衛(wèi)星(藝術(shù)效果圖)