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據(jù)中國科學(xué)院國家天文臺網(wǎng)站7月1日消息，近日，國際科學(xué)期刊《自然·天文》在線發(fā)表了中國科學(xué)院大學(xué)、中國科學(xué)院國家天文臺、北京大學(xué)和上海交通大學(xué)聯(lián)合主導(dǎo)的一項重要研究成果。研究團(tuán)隊基于國家天文臺負(fù)責(zé)運(yùn)行的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡，以及歐洲航天局蓋亞衛(wèi)星數(shù)據(jù)，首創(chuàng)了“時光動畫”（motion picture）新方法，利用不同年齡的造父變星樣本直接測量出銀盤翹曲的進(jìn)動方向和速率。基于此，研究團(tuán)隊揭示出當(dāng)前銀河系的暗物質(zhì)暈形狀為接近球形的扁橢球。

在近鄰宇宙中，大多數(shù)的盤狀星系其實都不是一個完美的圓盤，而是在外區(qū)表現(xiàn)出像薯片一樣的彎曲狀態(tài)，天文學(xué)家稱之為翹曲（warp）。銀河系作為一個典型的盤狀星系，也不例外地表現(xiàn)出翹曲特征。通常認(rèn)為，翹曲的起源是外盤物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)平面偏離了包裹它的暗物質(zhì)暈的對稱平面。這樣一個傾斜的轉(zhuǎn)動銀盤就像一個旋轉(zhuǎn)的陀螺，必然會受到暗物質(zhì)暈施加的引力矩產(chǎn)生進(jìn)動。

然而，翹曲的進(jìn)動速度這一重要動力學(xué)參數(shù)，無論是方向和速率的測量都存在巨大的爭論，原因是之前的測量都是依賴運(yùn)動學(xué)的間接方法，其使用的示蹤天體會因動力學(xué)擾動或加熱效應(yīng)而影響其測量的準(zhǔn)確度與精度。

圖1：左圖：旋轉(zhuǎn)的陀螺在重力力矩下產(chǎn)生進(jìn)動；右圖：類比陀螺，銀盤翹曲在暗物質(zhì)暈的力矩下“翩翩起舞（進(jìn)動）”（上海交通大學(xué)設(shè)計學(xué)院侯開元、董占勛制作的藝術(shù)想象圖）

這項研究利用蓋亞衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)的2600顆年輕經(jīng)典造父變星作為銀河系翹曲的示蹤天體，并結(jié)合LAMOST數(shù)據(jù)精確測量了這2600顆經(jīng)典造父變星的距離和年齡，首創(chuàng)了“時光動畫”方法，精確描繪了距今2.5億年間不同年齡切片的銀盤三維結(jié)構(gòu)。通過動畫“放映”方式，該研究清晰地揭示了銀盤翹曲的演化過程，發(fā)現(xiàn)翹曲沿著逆太陽旋轉(zhuǎn)方向以2 km/s/kpc（即每百萬年0.12度）的速率進(jìn)動。

進(jìn)一步的精細(xì)測量顯示，隨著造父變星樣本離銀心距離的增加，翹曲的進(jìn)動速率逐漸減小。無論翹曲如何起源，其進(jìn)動速率和方向都由銀河系內(nèi)盤與暗物質(zhì)暈共同決定。在扣除銀河系內(nèi)盤的貢獻(xiàn)后，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前包裹翹曲的銀河系暗物質(zhì)暈呈現(xiàn)出略微偏離球形的扁橢球形狀（橢球等勢面長短軸之比q值在0.84到0.96之間），目前只有這一形狀才能解釋翹曲的剩余進(jìn)動大小。該結(jié)果為研究銀河系暗物質(zhì)暈的演化提供了重要錨點。

圖2：不同年齡切片的造父變星構(gòu)建的銀盤三維結(jié)構(gòu)以及翹曲節(jié)點線隨樣本年齡的變化（斜率即為翹曲進(jìn)動速率）

該研究成果得到了兩位審稿人的高度評價，兩位審稿人一致認(rèn)為：“‘時光動畫’是一項新穎且深具說服力的方法，并首次精確測定出進(jìn)動的方向和速率”。