天文太空

親愛的,銀河系更清楚了!

利用蓋婭衛星測繪銀河系新地圖,可望幫助我們更清晰了解恆星物理學、甚至整個銀河系的演化歷程。

撰文/霍爾(Shannon Hall)、補充報導/古達奇(Sara Goudarzi)
翻譯/洪艾彊

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親愛的,銀河系更清楚了!

利用蓋婭衛星測繪銀河系新地圖,可望幫助我們更清晰了解恆星物理學、甚至整個銀河系的演化歷程。

撰文/霍爾(Shannon Hall)、補充報導/古達奇(Sara Goudarzi)
翻譯/洪艾彊


天文學家即將展開宇宙天體的新地圖。歐洲太空總署(ESA)在2013年末發射蓋婭衛星,預計在五年任務期間以前所未見的解析度重新測繪整個天際的星體,目前已經公佈第一批觀測結果。在任務結束前,蓋婭可望標定出銀河系和鄰近星系大約10億顆恆星精確的位置,其解析度高達五個微弧秒(相當於從地球分辨月球表面的10美分硬幣);它也將利用10億像素的相機記錄每顆恆星的距離和二維速度,這些資訊將提供我們對於星系周遭環境全新的理解。


對於美國哥倫比亞大學的天文學家強斯敦(Kathryn Johnston)來說,建立這個恆星地圖就像首次測繪地球上各塊大陸,把原本模糊的藍、綠色塊狀影像轉變成有高山、河流和峽谷的細緻地圖。強斯敦表示:「奇怪的是,我們對自己星系的理解,遠不及其他星系準確。」她接著解釋,要拍下自己身處其間的星系全景幾乎不可能,而這正是蓋婭的任務。


這份更新中的恆星地圖備受期待。參與蓋婭計畫的科學家普魯斯狄(Timo Prusti)說:「當2016年9月發表第一批數據,第一天就有超過一萬人次點閱資料庫。」原始數據包括這10億顆恆星的初步位置(未來將釋出更準確修正的數據),以及200萬顆最亮恆星的距離和側向運動的數據。接下來也將依序發表銀河系中離我們越來越遠的恆星的距離和運動數據,就像以太陽為中心向外擴散的一波波漣漪,拼湊出一幅幅恆星地圖。


新的發現也持續公佈。例如,蓋婭計畫的科學家已經利用初步結果解決了昴宿星團(又稱「七姊妹」)和地球距離的爭議。這場激辯是由蓋婭的前身「高精度視差收集衛星任務」(Hipparcos mission)釋出的最後一筆數據所引起,因為缺乏精確距離,天文學家無法確定這些恆星的光度或半徑。昴宿星團也是了解恆星形成的基準星團,因此精確測量非常重要(Hipparcos的結果是錯的)。普魯斯狄說:「關於年輕恆星的理論非常微妙,因為它們不穩定,存在許多可能性,所以我們需要精準的觀測來限縮這些五花八門的模型。」


其他研究團隊也利用這些新數據來探討不尋常的恆星(例如太過昏暗或明亮、運行太快或龜速)。美國普林斯頓大學天文學家史伯哲(David Spergel)說:「天文學家自認對於恆星機制的理解已經相當透澈,但是我懷疑當數據更準確後,我們可能會發現基本的圖像雖然無誤,細節卻出乎意料。」行星物理學也必須用到新數據,尤其是當天文學家尋找有行星繞行的恆星時;雖然目前蓋婭的數據尚未有任何發現,科學家希望這顆蓋婭衛星最終將偵測到數以千萬的行星。


儘管2016年9月釋出的數據已經相當豐富,天文學家仍非常期待蓋婭接下來公佈的四次數據。美國紐約大學的天文學家霍格(David Hogg)認為:「雖然第一筆數據就足夠讓我們忙好一陣子,但是仍遠不及任務結束後所有數據可以回答的問題。」當數據在2022年完全釋出後,研究人員將嘗試解答這個任務的主要科學目標:闡明銀河系的結構和動力學機制,以及其激烈變動的歷史。例如,有些恆星誕生在較小的星系,後來這些星系卻被我們巨大的銀河系生吞活剝。現在,我們可以從數抹昏暗的恆星流中找到這些小星系曾存在的證據,並提供關於我們鄰近星體演化歷程的線索。強斯敦說:「你將發現過去存在的星系、它們曾繞行的軌道以及內部的恆星,最終可以了解銀河系是如何鯨吞其他星系。」


我們無法預知最終蓋婭能造成多少影響。在無數任務之中,它必須觀測太陽系數以千計的非恆星天體;可能的話,也將繪製銀河系暗物質的分佈圖,並標明數十萬顆類星體(古老星系的炙熱核心)的位置。普魯斯狄認為長遠看來,蓋婭將改善其他望遠鏡的觀測結果,因為借助這些資料,我們將知道該把望遠鏡調整到哪個方向。同時,霍格在紐約市和德國海德堡組織了一個「蓋婭衝刺」活動,希望讓不同領域的天文學家齊聚一堂,一起分析數據。霍格表示:「我認為看待這個問題的正確方式,以及大家之所以如此興奮,是因為新資料提供一個探索新知的機會。人們因為即將揭曉的嶄新世界而感到興奮,第一批發表的數據只是這個新世界的序曲,好戲即將上場。」


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