近日，中国科学院上海天文台和紫金山天文台提出了新的、定量的星系构造模子，将类似银河系的一般盘状星系的几何构造描画成“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量构成“饼干”的次要成分，而呈团块状散布的恒星构成区域则构成了颜色较暗的“巧克力碎”。那项研究定量阐发了盘状星系在差别视线标的目的上的看测特征，为盘状星系中的恒星及尘埃的空间散布供给全局性的几何散布模子，并为完全描述盘状星系中尘埃的辐射转移过程奠基根底。10月21日，相关研究功效于颁发在《天体物理期刊》（ The Astrophysical Journal ）上。
宇宙中大部门星系都履历了上百亿年的恒星构成和演化过程。对大部门星系来说，它们固然已过恒星构成最炽烈的“丁壮期”，但至今仍然在继续不竭地构成新的恒星。新的恒星在低温的气体云中降生，产生的火热辐射将四周的部门气体电离，使天文学家可通过电离气体的闪光逃踪其降生区域。在星系的演化过程中，一代代恒星在核聚变中产生各类重元素。那些重元素在冷的气体云中通过复杂的物理和化学反响逐步构成了固体小颗粒——天文学家称之为“尘埃”。那些尘埃构成了人类眼中的大千世界，更因为它们对星光的吸收、散射和再辐射使星系在差别的电磁波段闪现完全差别的风貌（图1）。
天文学家通过大规模的“普查”发现，近邻的宇宙中存在大量与银河系类似的盘状星系。那些盘状星系中，老年恒星及恒星间弥散的星际尘埃闪现持续的扁平构造散布，而新的恒星构成区域及四周的尘埃包层则闪现为团块状并散布在一个更为扁平的盘状构造中。恰是因为尘埃对星光的吸收感化以及尘埃和恒星之间的复杂几何散布，使得盘状星系从差别的角度看上往是“横看成岭侧成峰”，平添宇宙中多少壮美的光景（图2）。2000年法国粹者Stéphane Charlot和美国粹者Michael Fall提出了局域的恒星和尘埃散布的几何模子（图3）。该模子中，年轻的恒星构成区域被持续的老年恒星及其间的弥散尘埃所包抄，因而可定性地阐明河外星系中恒星构成区均匀遭到的尘埃消光要高于老年恒星的看测现象。然而，在更大标准的范畴上，盘状星系做为一个整体来说，其差别年龄的恒星及其响应的尘埃成分闪现什么样的几何散布？
结合科研团队在Charlot Fall的局域模子根底上构建了新的盘状星系的整体构造模子——“巧克力碎饼干”模子（Chocolate chips cookie model，图4）。科研人员通过该模子的阐发发现，老年恒星及此中充满的星际介量构成了饼干的主体，而此中内嵌的巧克力碎片则形象地描画了新的恒星降生区域。那些新的恒星尚未完全离开其母体星云，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，使那些恒星构成区域看上往就像颜色较深的“巧克力碎”。因为看测者只能看到星系某个角度的图像，因而关于一般的盘状星系如许的整块“饼干”，难点在于准确地给出此中“巧克力碎”即重生恒星区域的含量和散布特征。科研人员在近邻宇宙的大样本星系中抉择了一组与银河系量量相当的盘状星系做为研究对象。那些星系的盘面相关于看测者来说具有随机的指向，在某种水平上，等价为从各个差别的角度对一个银河系如许的典型星系停止了全方位看测。基于带着“宇宙学原理”特色的设法，科研人员成立了定量的“巧克力碎饼干”模子，可复现盘状星系中的尘埃在差别看测角度上对老年恒星和年轻恒星区域所产生的差别看测效应。在该模子中，关于银河系如许的典型盘状星系来说，其恒星构成区（“巧克力碎”）的盘面厚度仅为老年恒星散布（“饼干主体”）的一半，但在其径向上的延展水平却超出跨越60%。
该研究提出的模子可在统计上阐明盘状星系由尘埃消光引起的各看测特征外，并可预言它们的典型物理特征，从而能够和银河系如许的典型盘状星系的详尽看测成果停止比力。例如，通过对模子的详尽阐发，发如今像银河系如许的盘状星系‘饼干’中，约存在一万个摆布可以看得见的‘巧克力碎’。基于模子的理论阐发和银河系中对恒星构成区域及响应年轻星团的看测成果具有一致性。那在必然水平上阐了然银河系在宇宙中具有一般性。本次研究提出的模子还停止进一步拓展，以期利用于盘状星系中尘埃的辐射过程，复现和阐明像银河系如许的典型的盘状星系在红外波段的看测特征。研究工做得到国度天然科学基金的撑持。
图1. 银河系在差别电磁波段的形态（图片来源：NASA）
图2. 盘状星系的正面照：风车星系M101（左）；盘状星系侧面照：凉帽星系M104（右）。星系图片中的暗淡区域均为尘埃的减光过程所引起（图片来源：NASA）。
来源：中国科学院上海天文台
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