6月13日，成為了令全球所有天文學(xué)家和天文愛好者們心潮澎湃的一天。當(dāng)天，歐洲航天局(European Aviation Safety Agency，ESA)發(fā)布了蓋亞(Gaia)望遠(yuǎn)鏡的第三個(gè)完整觀測數(shù)據(jù)集(DR3)?，這是迄今為止人類對于銀河系的最詳細(xì)的調(diào)查數(shù)據(jù)，揭示了銀河系中近20億個(gè)天體的位置、速度、化學(xué)成分等新的細(xì)節(jié)。這些宇宙級的寶藏將為人類提供給對恒星、太陽系、銀河系和更廣闊的宇宙鄰居的新見解。

在對這些數(shù)據(jù)的初步分析中，天文學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了銀河系中恒星的“星震”、恒星的“DNA”和不對稱運(yùn)動等頗有意思的新情況。

蓋亞望遠(yuǎn)鏡于2013年發(fā)射升空，是歐洲航空局(ESA)主導(dǎo)的天體測量衛(wèi)星。它的任務(wù)是通過測量銀河系中天體的精確位置、距離和速度，創(chuàng)造出最準(zhǔn)確、最完整的銀河系多維地圖。這項(xiàng)工作將使得天文學(xué)家能夠重建銀河系數(shù)十億年來的演變，更好地了解恒星的生命周期，以及人類在宇宙中的位置。

“蓋亞望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)集的深遠(yuǎn)意義,?是它將會為未來的恒星和天體物理研究提供一個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,?而恒星的位置、距離、速度、化學(xué)成分等是研究宇宙所有問題的基礎(chǔ)和支撐。”曾參與蓋亞望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)處理軟件開發(fā)工作、國家天文臺研究員劉超當(dāng)天接受澎湃新聞(www.thepaper.com)記者采訪時(shí),?對這份最新的數(shù)據(jù)集作出了解讀,?他說, “它對全球天文學(xué)研究的影響,?會在未來10年內(nèi)釋放出來?！?/p>

劉超笑稱,?“今天數(shù)據(jù)發(fā)布后,?我們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在討論,?能夠用這些數(shù)據(jù)做些什么?！?/p>

歐洲宇航局曾在2016年和2018年先后發(fā)布了兩個(gè)蓋亞望遠(yuǎn)鏡收集的數(shù)據(jù)集(DR1和DR2)，2020年12月又發(fā)布了第三組數(shù)據(jù)的初版?！吧w亞望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)主要包括三個(gè)方面,”劉超向澎湃新聞介紹,“一是天體位置的測量,?二是通過繪制天體的顏色確定天體溫度、質(zhì)量等參數(shù),?三是天體的光譜學(xué)觀測?！眲⒊?dāng)時(shí)參與的,?即是天體顏色繪制軟件的開發(fā)項(xiàng)目。

“蓋亞望遠(yuǎn)鏡提供了對銀河系的最精準(zhǔn)的觀測數(shù)據(jù),?此前發(fā)布的兩個(gè)數(shù)據(jù)集,?對于恒星和銀河系的研究,?都產(chǎn)生了顛覆性的影響。”劉超說。例如,?此前DR2曾印證,?銀河系歷史上曾經(jīng)和其它星系有過3次相撞，其中一次相撞形成了太陽。

據(jù)歐洲航空局介紹，此次公布的蓋亞望遠(yuǎn)鏡DR3數(shù)據(jù)收集于2014年7月25日至2017年5月28日。目錄中包含了銀河系近20億個(gè)天體新的信息，包括其化學(xué)成分、溫度、顏色、質(zhì)量、年齡以及恒星靠近或遠(yuǎn)離我們的速度，這些信息大多通過光譜學(xué)揭示。數(shù)據(jù)集還列出了一些特殊的恒星子集，例如一些隨著時(shí)間變化亮度的恒星。此外，該數(shù)據(jù)集還包含了迄今為止最大的銀河系雙星目錄，數(shù)以千計(jì)的太陽系天體，如小行星和行星的衛(wèi)星，以及銀河系外的數(shù)百萬個(gè)星系和類星體。

DR3也包括了18億顆銀河系恒星的數(shù)據(jù)，為天文學(xué)家提供了前所未有的恒星特征及其生命周期的視圖，以及星系的結(jié)構(gòu)和演化信息。

【資料圖】

奇妙的恒星:?“星震”以及恒星“DNA”

在關(guān)于恒星的最新數(shù)據(jù)中，最讓天文學(xué)家們驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)蓋亞望遠(yuǎn)鏡探測到了星震(恒星表面的微小運(yùn)動)，這些星震會改變恒星的形狀。

此前，蓋亞望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致恒星周期性膨脹和收縮的徑向振蕩，恒星在發(fā)生這些徑向震蕩的同時(shí)保持其球形形狀。但此次蓋亞望遠(yuǎn)鏡在數(shù)千顆恒星中，發(fā)現(xiàn)了此前很少被探測到的、強(qiáng)烈的非徑向振蕩，這些振動更像是大規(guī)模海嘯，會改變恒星的整體形狀，通常很難被探測到。

“星震教給了我們很多關(guān)于恒星的知識，尤其是它們的內(nèi)部工作原理。蓋亞正在為大質(zhì)量恒星的‘星震學(xué)’開鑿了一座金礦，”蓋亞合作組織的成員、比利時(shí)魯汶大學(xué)的康尼·阿爾茨(Conny Aerts)表示。

此外,?通過揭示恒星的化學(xué)成分,?蓋亞望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)集還提供了恒星的DNA。

“恒星是由什么組成，可以告訴我們它們的誕生地和其后的旅程，因此也可以告訴我們銀河系的歷史。根據(jù)今天發(fā)布的數(shù)據(jù)，蓋亞描繪出了迄今為止最大的與3D運(yùn)動相結(jié)合的星系化學(xué)地圖，它覆蓋了從我們的太陽系鄰居到銀河系周圍較小的星系的范圍?！睔W洲宇航局介紹說。

而據(jù)劉超向澎湃新聞介紹,?一些恒星比其他恒星含有更多的“重金屬”。宇宙大爆炸時(shí)形成了輕元素(氫和氦)?，其它較重的元素——天文學(xué)家稱之為金屬——會在恒星內(nèi)部形成。當(dāng)恒星消亡時(shí)，它們會將這些金屬釋放到恒星之間的氣體和塵埃中，這些氣體和塵埃被稱為星際介質(zhì)，而這些星際介質(zhì)會孕育出新的恒星?；钴S恒星的形成和死亡將導(dǎo)致一個(gè)更富金屬的環(huán)境。

歐洲宇航局表示，“通過蓋亞，我們能夠看到在銀河系中一些恒星是由原始物質(zhì)組成，而其它恒星例如太陽卻是由前幾代恒星死亡后留下的豐富的物質(zhì)組成。離銀河系中心較近的恒星比距離較遠(yuǎn)的恒星金屬含量更豐富。蓋亞還根據(jù)恒星的化學(xué)成分，確定了那些最初起源于其他星系的恒星。

“我們的星系是一個(gè)美麗的大熔爐，”蓋亞合作組織的成員、法國蔚藍(lán)天文臺(Observatoire de la C?te d’azur)的亞歷漢德拉·雷西奧-布蘭科(Alejandra Recio-Blanco)在表示?,“這種多樣性極其重要，因?yàn)樗嬖V我們銀河系形成的故事。它揭示了銀河系內(nèi)的遷移過程和對外部星系的吸積過程?！?/p>

探索多維度的銀河系

據(jù)另一位天文學(xué)向澎湃新聞介紹，此次蓋亞望遠(yuǎn)鏡的DR3激動人心的內(nèi)容還包括，它提供了有史以來最大的低分辨率光譜學(xué)調(diào)查——這些觀測覆蓋了光學(xué)到近紅外波長范圍[330, 1050]nm，對應(yīng)于大約2.2億個(gè)來源;?包括了3300萬顆恒星的徑向速度，這個(gè)數(shù)量比DR 2的恒星數(shù)量增加了5倍，恒星研究和星系動力學(xué)能夠利用這些數(shù)據(jù)做更多的工作;?包含了迄今為止最大的銀河系雙星目錄，展示了超過80萬個(gè)雙星系統(tǒng)的質(zhì)量和演化，這對理解恒星的演化至關(guān)重要;?還揭示了關(guān)于1000萬顆變星的信息，即那些隨著時(shí)間的推移而改變亮度的恒星、太陽系物體(如小行星和行星衛(wèi)星)以及銀河系外的星系和類星體，使得變星的統(tǒng)計(jì)和分類有了更大的樣本。

在當(dāng)天，歐洲宇航局還公布了利用蓋亞望遠(yuǎn)鏡DR3繪制的天象圖片，從多個(gè)維度展現(xiàn)了令人贊嘆驚訝的銀河系全景。

1.?徑向速度

在這幅徑向速度圖中, DR3向我們展示了銀河系中超過3000萬個(gè)天體(大部分是恒星)靠近或遠(yuǎn)離我們的速度。這被稱為“徑向速度”。

劉超向澎湃新聞解釋說，通過明亮區(qū)域(遠(yuǎn)離我們)和黑暗區(qū)域(靠近我們)的交替沿著視線的投射,?我們可以看到圓盤的旋轉(zhuǎn)。通過對比，我們可以看到若干天體的徑向速度與其周圍環(huán)境的徑向速度不同，也可以看到這些物體如何在銀河系圓盤中移動，以及太陽在銀河系中的運(yùn)動軌跡。

圖中，銀河系的兩個(gè)伴星系大麥哲倫云和小麥哲倫云(LMC和SMC)在圖片的右下角以亮點(diǎn)的形式出現(xiàn)，人馬座矮星系可見為銀河中心下方的一條微弱的準(zhǔn)垂直條紋，幾個(gè)球狀星團(tuán)以小點(diǎn)的形式出現(xiàn)。

2.?徑向速度和固有運(yùn)動

這張?zhí)煜髨D顯示了銀河系2600萬顆恒星的速度場。顏色顯示了恒星沿視線的視向速度。藍(lán)色顯示的是天空中恒星的平均運(yùn)動朝向我們的區(qū)域，紅色顯示的是恒星的平均運(yùn)動遠(yuǎn)離我們的區(qū)域。圖中可見的線條描繪出了恒星投射在天空中的運(yùn)動(自身運(yùn)動)。這些線顯示了恒星速度的方向如何隨銀河系的緯度和經(jīng)度而變化。在這幅圖中，大麥哲倫星云和小麥哲倫星云(LMC和SMC)是不可見的，因?yàn)橹挥芯嚯x明確的恒星才被選中來制作這幅圖像。3. 星際塵埃

蓋亞望遠(yuǎn)鏡不僅繪制了我們星系中的恒星，還告訴我們恒星之間有什么。恒星之間的空間充滿了塵埃和氣體云，這被稱為星際介質(zhì)，恒星就是從其中誕生。通過精確測量恒星的位置和它們的散射光，蓋亞讓我們能夠繪制出星際介質(zhì)對星光的吸收，從而讓我們了解恒星、星系形成的物理機(jī)制，以及銀河系的歷史。

這張?zhí)煜髨D顯示了布滿銀河系的星際塵埃。在這張圖中，銀河面中心黑色的黑暗區(qū)域是有大量星際塵埃的區(qū)域，隨著塵埃數(shù)量的減少而逐漸變成黃色。銀河面上方和下方的深藍(lán)色區(qū)域是幾乎沒有塵埃的區(qū)域。4.?化學(xué)成分

恒星的化學(xué)成分能夠揭示恒星的誕生地和隨后的旅程，因此也可以告訴我們銀河系的歷史。通過蓋亞的觀測數(shù)據(jù)，我們看到銀河系中的一些恒星是由原始物質(zhì)組成的，而像太陽這樣的其它恒星是由前幾代恒星遺留的豐富物質(zhì)組成。離銀河系中心和面較近的恒星比距離較遠(yuǎn)的恒星金屬含量更豐富。

這張全天圖顯示了銀河系恒星的化學(xué)樣本，劉超向澎湃新聞介紹說，中間的一條薄薄的紅線顯示了銀河系的銀盤。顏色表示恒星的金屬豐度，越紅的恒星金屬含量越豐富。此外,?這張圖也顯示出了不對稱的結(jié)構(gòu)，其中的奧秘留待未來天文學(xué)家的進(jìn)一步探索。