银河系为什么像一块舞动的“薯片”？这位四川天文学家花了7年时间“自问自答”

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无垠太空，我们乘坐在一块“薯片”上舞动。

我们居住的银河系是一种常见的旋涡星系，从侧面一眼看去，旋涡星系的边缘通常会明显地朝两个反方向翘起来，就像是一块薯片，在学术上这种结构被称为“翘曲”。

为什么星系的边缘会“翘”起来？2016年的秋天，西华师范大学物理与天文学院讲师何治宏博士曾在知乎提出这个问题。7年来，经过不断地探索，他通过两篇论文，为这个问题给出了一个答案：“一言以蔽之，星系盘中的天体在旋转的过程中发生了倾转！”

银河系银盘示意图

天体倾转

一个舞动的银河系

近日，何治宏及其研究团队在《天体物理学增刊》和《天体物理学快报》发表两篇论文：《探测银河系中遥远的星团》和《一个舞动的银河系：跨越银盘的进动与倾转》。前者讨论利用欧洲航天局Gaia（盖亚）天体测量卫星的观测数据，通过改进搜索算法，识别数千个新星团，其中包括一些非常遥远、难以探测的疏散星团，扩展了我们对银河系的了解；后者利用对疏散星团的了解，描绘了银河系盘的形状和运动。

何治宏介绍：“银河系是我们人类的家园星系，银盘就是银河系内天体聚集的地方，它很薄，侧面看去就像一块‘薯片’。”上世纪中叶，人类推测出银河系具有翘曲结构。2019年，中国科学院国家天文台和西华师范大学天文系陈孝钿博士、系主任邓李才研究员及其团队，通过造父变星直接观察到了银河系外部的翘曲。（此前报道：《四川天文学家首次发现银河系恒星盘惊人的翘曲结构》）

上述论文则进一步解释了这种翘曲结构在银河系内如何分布，以及如何产生。疏散星团是目前最佳的同时具备距离、年龄和运动速度精确测量的天体，过去，受限于样本范围和规模，疏散星团仅能示踪太阳系附近的银盘结构。近日，利用现有的大样本疏散星团和大量最新找到的远距离星团，何治宏团队对银河系三维结构进行了精细刻画，其中，CWNU新星团占主要位置。研究团队发现跨越银河系内盘和外盘的翘曲结构和进动现象，首次提出并计算了整个银盘的倾转运动速度。

这也为何治宏七年前关于“为什么星系的边缘会‘翘’起来？”的疑问提供了答案。“一言以蔽之，星系盘中的天体在旋转的过程中发生了倾转！”何治宏说，欧洲的研究团队曾在2020年发现银河系边缘有一大堆恒星整体上有往“上”跑的趋势，并得到了银盘外部的进动速度。此次在对遥远的疏散星团的研究中，西华师大研究人员复现了银盘外部的翘曲几何结构，并进一步发现“不仅银河系的边缘是翘曲的，银河系的内部也是翘曲的，其倾斜度由内向外逐渐变化！”何治宏解释道：“一群旋转的天体偏离了旋转面，发生了‘倾转’，就像是陀螺，有着一上一下地摆动。”

对于这种摆动，何治宏做了浪漫的阐述：“这就好像是裙裾在摆动，一个在跳舞的银河系。”

倾斜的星系盘示例 图片来源：James Binney, Andrew Eyre

自问自答

他花了7年研究银河系的翘曲结构

是什么力量，让银河系舞动？如果仅仅是银盘外部倾斜，或许可以解释为受附近星系影响，但银河系疏散星团告诉人类，星系内部也有翘曲，而且这种翘曲变化的程度无法仅仅用外部环境的影响来解释。目前，这个问题的答案是未知的，需要天文学者们进一步探索。何治宏告诉记者，本次提出的跨越银河系的翘曲和倾转进动，也需要更多的研究去证实或证伪。

银河系有上千亿颗恒星，身处银河系本地臂边缘的太阳，和环绕太阳旋转的人类母星，正随着无垠太空一起舞动。而整个宇宙又有上千亿个星系，其中有大量跟银河系性质相似的星系，在何治宏看来，研究银河系可以帮助我们认识星系的结构和演化。

近年来，西华师范大学物理与天文学院研究成果颇丰，在Nature、Nature Astronomy、ApJS、ApJL等国际知名期刊发表科研论文200余篇。其中，发现了亚洲最大的天文光学观测基地“青海冷湖赛什腾山天文观测基地”、发现了银河系中数千个新疏散星团（以西华师范大学校名“CWNU”进行编号）是标志性的成果。

何治宏

研究银河系的翘曲结构，开始于2016年的秋天。彼时是中国科学院南京紫金山天文台研究生的何治宏提出相关疑问，7年来，经过不断地探索，他自己为这个问题给出了一个答案。

为什么要去研究浩瀚的宇宙？何治宏表示，未来总有一天人类会进行星际旅行、星际移民，虽然讲这些显得天方夜谭，但现在对宇宙未雨绸缪的研究，在那一天就会变成实际的应用。而另一个理由则是：“人类的好奇心。”何治宏说。

红星新闻记者 王拓

编辑 李钰仪

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