天文学家将类银河系盘状星系称为“巧克力碎饼干”

10月27日消息，记者从中科院官网了解到，近日，中国科学院上海天文台和紫金山天文台提出了新的、定量的星系结构模型，将类似银河系的一般盘状星系的几何结构描绘成“巧克力碎饼干”（Chocolate Chips Cookie）。星系中的老年恒星及其间的弥散星系介质构成“饼干”的主要成分，而呈团块状分布的恒星形成区域则构成了颜色较暗的“巧克力碎”。这项研究定量分析了盘状星系在不同视线方向上的观测特征，为盘状星系中的恒星及尘埃的空间分布提供全局性的几何分布模型，并为完整描述盘状星系中尘埃的辐射转移过程奠定基础。

盘状星系的“巧克力碎饼干”模型：老年恒星连续分布，构成饼干的主体；恒星形成区域呈团块状分布，由于外围有更多的尘埃，看上去像巧克力碎。（图片来源：中科院）

10月21日，相关研究成果于发表在《天体物理期刊》（The Astrophysical Journal）上。

据介绍，宇宙中大部分星系都经历了上百亿年的恒星形成和演化过程。对大部分星系来说，它们虽然已过恒星形成最炽烈的“壮年期”，但至今仍然在持续不断地形成新的恒星。新的恒星在低温的气体云中诞生，产生的炽热辐射将周围的部分气体电离，使天文学家可通过电离气体的闪光追踪其诞生区域。在星系的演化历程中，一代代恒星在核聚变中产生各种重元素。这些重元素在冷的气体云中通过复杂的物理和化学反应逐渐形成了固体小颗粒——天文学家称之为“尘埃”。这些尘埃构成了人类眼中的大千世界，更由于它们对星光的吸收、散射和再辐射使星系在不同的电磁波段呈现完全不同的风貌。

联合科研团队在局域模型基础上构建了新的盘状星系的整体结构模型——“巧克力碎饼干”模型。科研人员通过该模型的分析发现，老年恒星及其中弥漫的星际介质构成了饼干的主体，而其中内嵌的巧克力碎片则形象地描绘了新的恒星诞生区域。这些新的恒星尚未完全脱离其母体星云，其外围星云中的尘埃仍对星云内部的辐射产生了显著吸收，使这些恒星形成区域看上去就像颜色较深的“巧克力碎”。

由于观测者只能看到星系某个角度的图像，因而对于一般的盘状星系这样的整块“饼干”，难点在于准确地给出其中“巧克力碎”即新生恒星区域的含量和分布特征。科研人员在近邻宇宙的大样本星系中选择了一组与银河系质量相当的盘状星系作为研究对象。这些星系的盘面相对于观测者来说具有随机的指向，在某种程度上，等价为从各个不同的角度对一个银河系这样的典型星系进行了全方位观测。基于带着“宇宙学原理”特色的想法，科研人员建立了定量的“巧克力碎饼干”模型，可复现盘状星系中的尘埃在不同观测角度上对老年恒星和年轻恒星区域所产生的不同观测效应。在该模型中，对于银河系这样的典型盘状星系来说，其恒星形成区（“巧克力碎”）的盘面厚度仅为老年恒星分布（“饼干主体”）的一半，但在其径向上的延展程度却高出60%。

该研究提出的模型可在统计上解释盘状星系由尘埃消光引起的各观测特征外，并可预言它们的典型物理特征，从而可以和银河系这样的典型盘状星系的细致观测结果进行比较。例如，通过对模型的细致分析，发现在像银河系这样的盘状星系‘饼干’中，约存在一万个左右能够看得见的‘巧克力碎’。基于模型的理论分析和银河系中对恒星形成区域及相应年轻星团的观测结果具有一致性。

据悉，该研究在一定程度上说明了银河系在宇宙中具有一般性。