یک نقشه جدید کهکشان راه شیری

صدها سال پیش کاشفان سفر در سراسر اقیانوس ها و صرف ناشناخته قاره به نقشه زمین در نیم قرن گذشته فضاپیمای باید عکس بیشتر از سیستم خورشیدی ما است. در عین حال به عنوان به خوبی به عنوان ما آمده اند به دانستن ما فصل خلوت ما تصویر بزرگتر محله ما—کهکشان راه شیری—تار است. دلیل آن واضح است: ما نمی توانیم خارج از آن را به زیرچشمی نگاه کردن. تصور کنید با ارسال یک فضاپیما در چند سال سفر به فراتر از کهکشان ما نگاه به عقب و ضربه محکم و ناگهانی یک تصویر: وضوح غیر عملی است. ما با بسیاری از سوالات باز در مورد ما کیهانی خانه مانند چگونه بسیاری از بازوهای مارپیچی کهکشان است که آیا ساختار بزرگ نزدیک به خورشید شمارش به عنوان یک بازو و جایی که در کهکشان منظومه شمسی ما نهفته است.

تلاش های اخیر, اما, اند و شروع به نقشه کهکشان راه شیری از داخل به خارج ما اجازه می دهد به جمع آوری دقیق تصویری از ساختار آن برای اولین بار. این در حال ظهور ویستا نتیجه چندین پروژه های بزرگ که شامل پیشرفته رادیویی و نوری تلسکوپ از جمله برنامه های ما نوار و مارپیچی ساختار میراث (بسل) نظرسنجی. برای این تلاش ما اعطا شد یک مقدار بی سابقه ای از رعایت زمان—5,000 ساعت—بسیار بلند پایه آرایه یک سیستم که توسط National Radio Astronomy Observatory و بودجه توسط بنیاد ملی علوم.

ما نتایج اولیه پیشنهاد جدید و بهبود یافته نمایی از کهکشان راه شیری است. علاوه بر به دست آوردن درک بهتر از آنچه کهکشان راه شیری به نظر می رسد مانند ما شروع به روشن شدن چرا کهکشان ها مانند ماست نمایشگاه مارپیچی ساختار و چگونه ما فصل خانه متناسب به جهان به عنوان یک کل.

کیهانی محله

در اوایل 1800s ویلیام پارسونز ارل سوم Rosse ساخته شده 72 اینچ تلسکوپ بزرگ در زمان خود بود. او مشاهده کشید و آنچه که ما در حال حاضر تماس گرداب کهکشان که به وضوح یک الگوی مارپیچی. بدون دانش در مورد چگونه دور آن بود و یا در مورد مقیاس کهکشان راه شیری, اما معلوم بود که آیا گرداب کوچک داخل ساختار کهکشان ما یا زیادی سحابی شبیه به آن. بحث در این نقاط ادامه داد: به 1900s اولیه تا زمانی که ادوین هابل با استفاده از یک روش توسعه یافته توسط هنریتا لیویت به اندازه گیری فاصله به ستاره های روشن نشان داد که گرداب و مشابه spirals دور بودند در خارج از کهکشان راه شیری است. این وحی طرح میتوانست به این مفهوم است که کهکشان راه شیری ممکن است شامل کل جهان است.

ستاره شناسان نمیفهمد که ما در یک کهکشان مارپیچی با اندازه گیری حرکت گاز در سراسر دیسک بزرگ, کلوچه به شکل منطقه ای است که باعث می شود تا بدنه اصلی از کهکشان راه شیری است. Spirals همراه با گرد ellipticals مشترک هستند, انواع کهکشان ها. نزدیک مارپیچی NGC 1300 و مسیه 101 (M101) خوب ارائه نمونه هایی از کهکشان راه شیری ممکن است نگاه از دور. NGC 1300 تا روشن ساختار خطی در مرکز آن است که ستاره شناسان تماس با یک بار و دو مایل به آبی اسپیرال اسلحه که شروع در انتهای نوار و پیمودن به آرامی بیرون به آنها محاصره آن است. بارها دیده می شود در اکثر کهکشانهای مارپیچی و فکر به فرم از جاذبه ناپایداریهای در یک کهکشان را متراکم دیسک. به نوبه خود این اقدام تکان دهنده از چرخش میله مرکزی ممکن است منجر به مارپیچ اسلحه. (فرآیندهای دیگر—مانند ناپایداریهای در ارتباط با غلظت توده در داخل یک دیسک یا آشفتگی گرانشی از نزدیکی کهکشان—نیز می تواند منجر به اسلحه.) مارپیچی اسلحه تمایل به درخشش در نور آبی که می آید از عظیم ستارگان مهد کودک که در آن ستاره های عظیم در حال شکل گیری است. M101 دیگر بالقوه راه شیری مطابقت شناخته شده است به عنوان چرخ دنده کهکشان; اگر چه آن را فاقد نوار روشن از NGC 1300 آن دارای بیشتر مارپیچی اسلحه.

مانند کهکشان راه شیری در نزدیکی کهکشان NGC 1300 است مارپیچی میلهای از ستاره کشش در سراسر بیش از 100 ، 000 سال نوری. اما ما همسایه آسمانی دقیق نیست آینه تصویر: مطالعات نشان می دهد که کهکشان راه شیری چهار عمده مارپیچی اسلحه به جای دو. Credit: NASA, ESA و Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

ستاره شناسان مدت ها تصور می کردند که کهکشان راه شیری دارای ویژگی های هر دو این کهکشان ها. آن را احتمالا قابل توجهی بار به عنوان دیده می شود در NGC 1300 و همچنین چند مارپیچی به عنوان سلاح در M101. فراتر از این پایه نتیجه گیری وجود دارد که قابل بحث است. مشاهدات مادون قرمز ساخته شده و بیش از یک دهه پیش با اسپیتزر تلسکوپ فضایی پیشنهاد کرده اند که کهکشان ممکن است تنها دو مارپیچ اسلحه. اما رادیو-موج مشاهدات اتمی هیدروژن و مونوکسید کربن است که در متمرکز مارپیچی آغوش کهکشان های دیگر نشان می دهد که کهکشان راه شیری دارای چهار بازو. علاوه بر این ستاره شناسان مورد بحث چگونه به دور خورشید از مرکز کهکشان و چگونه آن بالا نشسته است در بالای راه شیری midplane—مرکزی هواپیما از روی دیسک.

نزدیک به 70 سال پیش دانشمندان محاسبه فاصله به برخی از نزدیکی نورانی ستاره آبی. رسم این نقاط بر روی نقشه نشان داد بخش از سه نزدیکی مارپیچی اسلحه است که ما در صورت فلکی قوس محلی و Perseus اسلحه. در حدود همان زمان شروع در 1950s, رادیو ستاره شناسان مشاهده اتمی گاز هیدروژن است که انتشار یک ثبتشده نور امضا در یک طول موج از 21 سانتی متر است. هنگامی که این گاز در حال حرکت است نسبت به زمین فرکانس این اتم هيدروژن امضا شیفت به دلیل پدیده داپلر اجازه می دهد ستاره شناسان برای اندازه گیری سرعت گاز به ارائه سرنخ به محل آن در کهکشان است. با استفاده از اندازه گیری از جمله کهکشانی الهام استخدام مناسب سیستم مختصات برای ما کهکشان راه شیری به عنوان بازدید از خورشید: با قیاس به زمین طول و عرض جغرافیایی کهکشانی طول (l) صفر است که نسبت به مرکز کهکشان را افزایش می دهد و در امتداد “استوایی” هواپیما از کهکشان راه شیری مشاهده از نیمکره شمالی; کهکشانی عرض (b) نشان دهنده زاویه عمود بر سطح. اصطلاح جغرافیایی-سرعت قطعه 21 سانتی متر نور امضا از گاز هیدروژن (و بعد از مونوکسید کربن) نشان داد مداوم کمان از انتشار است که به احتمال بسیار زیاد اثری مارپیچی اسلحه. این نقشه روش این است گرفتار ابهامات و فاقد دقت لازم است به وضوح نشان می دهد این کهکشان مارپیچی ساختار.

یک نمایش جدید

یکی از دلایلی که ما می دانیم بسیار کمی در مورد کهکشان راه شیری است که کهکشان حاوی مقدار زیادی از گرد و غبار. گرد و غبار را جذب نوری نور کارآمد بنابراین در امتداد خطوط بسیاری از بینایی و از طریق دیسک نمی بینیم بسیار دور از گرد و غبار مسدود کردن دید. یکی دیگر از دلایل این است که کهکشان راه شیری را در ذهن بیحس کننده وسعت. نور از ستاره در سمت دیگر کهکشان طول می کشد بیش از 50000 سال برای رسیدن به زمین است. از جمله فاصله آن را سخت و حتی مرتب کردن بر اساس است که ستاره هستند و نزدیک که در حال دور.

جدید تلسکوپ عامل نوری در طول موج در فضا و در طول موج رادیو در سراسر جهان در حال حاضر گام های بلندی در جهت پاسخ دادن به سوالات ما در مورد کهکشان راه شیری است. گایا ماموریت راه اندازی شد در سال 2013 به دنبال اندازه گیری فاصله به بیش از یک میلیارد ستاره در کهکشان و بدون شک انقلابی در درک ما از های مختلف ستارگان جمعیت درگیر در کهکشان راه شیری را تشکیل. اما به دلیل آن را با استفاده از نور نوری که جذب میان ستاره ای گرد و غبار غلات گایا نمی تواند آزادانه پروب دور بازوهای مارپیچی. در مقابل امواج رادیویی به راحتی عبور گرد و غبار و اجازه می دهد تا ما را به کشف کل دیسک و نقشه ساختار آن است.

Chart of Milky Way star-forming regions is paired with a trigonometric parallax measuring schematic and the best bird’s-eye view of our galaxy’s structure ever assembled
اعتبار: Xing-وو ژنگ و Mark J. رید نوار مارپیچی ساختار میراث (بسل) مطالعه (VLBA کلیدی پروژه های علمی) نانجینگ دانشگاه و مرکز اخترفیزیک | دانشگاه هاروارد & اسمیتسونیان (راه شیری نمودار و تصویر); النا هارتلی (اختلاف منظر, نمودار)

دو پروژه بزرگ در حال حاضر نقشه برداری از کهکشان راه شیری با استفاده از یک تکنیک در ستاره شناسی رادیویی به نام بسیار بلند پایه تداخلی (VLBI). این ورا (VLBI اکتشاف رادیو Astrometry) پروژه عمل چهار رادیو تلسکوپ پوشا, ژاپنی, خاک از شمال کشور (اوشو) به آن جنوبی (هندوراس) و شرقی (Ogasawara) سلیمان. و بسل بررسی با استفاده از بسیار بلند پایه آرایه که شامل 10 تلسکوپ و دهانه خیلی از نیمکره غربی از هاوایی به انگلستان به سنت کریکس در جزایر ویرجین ایالات متحده. چرا که خود تلسکوپ هم جدا هستند و تقریبا به قطر زمین این آرایه می تواند رسیدن به یک زاویه ای قطعنامه ای که به مراتب فراتر از هر زمان تلسکوپ در هر طول موج. محققان مشاهده باید همزمان با تلسکوپ و همگام سازی داده های ضبط شده بر روی دیسک های کامپیوتر در هر سایت با بهترین ساعتهای اتمی. آنها سپس کشتی داده های ثبت شده به کامپیوتر ویژه که صلیب-ارتباط سیگنال میان تلسکوپ. پس از کالیبراسیون نتیجه یک تصویر دیجیتال از آنچه که ما می بینیم اگر ما چشمان حساس به امواج رادیویی و از هم جدا شده توسط تقریبا تمام عرض این سیاره است. چنین تصاویر نشان دهنده باور نکردنی زاویه با وضوح بهتر از 0.001 ثانیه از قوس (وجود دارد 3,600 ثانیه از قوس در یک درجه و کل کره آسمانی است که 360 درجه). مقایسه چشم انسان می تواند حل و فصل ساختار از هم جدا شده و در بهترین حالت حدود 40 ثانیه از قوس و حتی تلسکوپ فضایی هابل می تواند دستیابی به یک قطعنامه تنها در حدود 0.04 ثانیه از قوس.

با VLBI ما می توانید اندازه گیری موقعیت یک رادیو-ستاره درخشان نسبت به پس زمینه quasars (روشن و فعال و سیاه چاله ها در مرکز کهکشان های دور) با نزدیک شدن به دقت 0.00001 دوم از arc. ساخت این مقایسه به ما اجازه می دهد برای بررسی بسیار عالی فاصله با رعایت اثر اختلاف منظر به موجب آن نزدیکی یک جسم دیده می شود در برابر یک دور در پس زمینه خواهد شد به نظر می رسد در موقعیت های مختلف زمانی که از دیدگاه های مختلف به نقاط. شما می توانید شبیه سازی این اثر با نگاه به انگشت شست خود را در طول بازو و بسته شدن متناوب خود را چشم چپ و چشم راست. چشمان ما از هم جدا شده توسط چند سانتی متر تا یک انگشت شست در طول بازو را ظاهر خواهد شد به تغییر زاویه حدود شش درجه در هنگام مشاهده از طریق یک چشم و پس از آن دیگر. اگر یکی می داند که جدایی از نقاط برتری و مشاهده تغییرات زاویه ای از آن آسان است برای محاسبه فاصله. این اصل همان است که نقشه برداران به استفاده از نقشه شهرها.

در حالت ایده آل به نقشه مارپیچ ساختار ستاره شناسان باید رعایت جوان ستاره عظیم. این عمر کوتاه ستاره ها اغلب در ارتباط با حملات شدید از شکل گیری ستارگان در کهکشان مارپیچی اسلحه و آنقدر داغ است که آنها تبدیل به یون گاز در اطراف آنها باعث آن را به درخشش در نور آبی و ایجاد یک کهکشان مارپیچی-بازو-ردیابی چراغ قابل مشاهده در سراسر جهان هستی است. اما به دام افتاده در درون کهکشان راه شیری را گرد و خاکی دیسک, ما می توانیم به راحتی مشاهده چنین ستاره در سراسر کهکشان ما. خوشبختانه مولکول های آب و متیل الکل فقط در خارج از مناطق یونیزه با این ستاره ها می تواند بسیار روشن رادیو منابع چرا که آنها منتشر می کنند طبیعی “maser” انتشار است که به سختی ضعیف توسط کهکشانی گرد و غبار. کلمه “maser” مخفف “microwave amplification by stimulated emission of radiation” و این تابش های رادیویی آنالوگ نوری-نور لیزر است. در اختر فیزیک تنظیمات maser انتشار آید از سیستم های خورشیدی در مقیاس ابر از گاز که جرم است و قابل مقایسه با آن از مشتری است. آنچه ما می بینیم در رادیو تصاویر بسیار روشن “لکه” که نزدیک به اهداف ایده آل برای اندازه گیری اختلاف منظر.

Chart compares the minuscule parallax angles achieved with Hubble (0.04 arcsecond) and the Very Long Baseline Interferometry technique (0.001 arcsecond)
اعتبار: النا هارتلی

به روز شده در تصویر

بین بسل بررسی و ورا پروژه ستاره شناسان انباشته حدود 200 منظر مبتنی بر اندازه گیری فاصله برای جوان ستاره داغ در سراسر مناطق بزرگی از کهکشان راه شیری است. این اطلاعات که در اختیار ما پوشش خوبی در حدود یک سوم از کهکشان راه شیری نشان می دهد چهار بازو است که پیوسته در طول فواصل بزرگ.

این نقشه همچنین نشان می دهد که خورشید نزدیک به یک پنجم از ویژگی های به نام محلی بازو که به نظر می رسد یک قطعه جدا شده از یک بازوی مارپیچی. قبلا این قطعه بوده است به نام جبار یا محلی خار نشان می دهد جزئی از ساختار مشابه کوچکتر زائده دیده می شود شاخه های مارپیچی اسلحه در کهکشان های دیگر. این “خار” تفسیر است که احتمالا نادرست است. در داده های ما این قطعه به نظر می رسد به یک یتیم بخش از یک دست که کاری ادامه داده اند در حدود کمتر از یک چهارم از کهکشان راه شیری است. بیش از آن طول کوتاه هر چند این مقدار از ستاره عظیم تشکیل مقایسه با آنچه ما می بینیم در طول مشابه از نزدیک بازوی برساووش. برخی از ستاره شناسان فکر می کردند که بازوی برساووش به یکی از دو اسلحه (دیگر Scutum-قنطورس–بیرونی-Scutum-قنطورس بازو) در کهکشان راه شیری است. پیدا کنیم که ستاره عظیم شکل گیری کاهش می یابد به طور قابل توجهی به عنوان بازوی wends درون دور از خورشید نشان می دهد که آن را نمی خواهد به نظر می رسد به عنوان یک بسیار برجسته بازو برای یک ناظر خارجی.

با استفاده از سه بعدی از مکان های عظیم ما ستاره های جوان و مدل سازی اندازه گیری حرکات ما می توانیم برآورد مقادیر برای پارامترهای اساسی از کهکشان راه شیری است. در می یابیم که فاصله از خورشید به کهکشان مرکز 8,150 + 150 parsecs (یا 26,600 نور-سال). این است که کوچکتر از ارزش 8,500 parsecs توصیه می شود, دهه پیش بین المللی فصل های اتحادیه. همچنین پیدا کنیم که کهکشان راه شیری در حال چرخش در 236 کیلومتر در هر ثانیه است که حدود هشت برابر سرعت که در آن زمین به دور خورشید است. بر اساس این پارامتر ارزش پیدا کنیم که خورشید به دور کهکشان راه شیری هر 212 میلیون سال است. برای قرار دادن در این دیدگاه آخرین بار منظومه شمسی ما در این بخش از کهکشان راه شیری, دایناسورها, گردش این سیاره است.

بخشی از کهکشان ما داخلی به خورشید ما بسیار نازک و تقریبا مسطح و شکل. اگر چه این مدت طولانی است که شناخته شده موقعیت خورشید نسبت به این هواپیما بوده است مورد بحث است. به تازگی ستاره شناسان در حل و فصل یک ارزش 25 parsecs (82 نور-سال) بالاتر از هواپیما اما نتایج ما به شدت مخالفم با این برآورد. اتصالات توسط یک هواپیما از طریق مکان های ستاره عظیم است که ما باید دقیق فواصل تعیین می کنیم که خورشید تنها در حدود شش parsecs (20 سال نوری) در بالا که هواپیما. این فاصله تنها 0.07 درصد از خورشید فاصله از هواپیما مرکز معنی آن است که بسیار نزدیک به midplane. ما همچنین تایید مشاهدات قبلی که دورتر در کهکشان راه شیری هواپیما شروع به تاب رو به بالا در آن سمت شمالی و رو به پایین در سمت جنوب آن کمی شبیه به یک سیب زمینی تراشه.

هنگامی که توصیف مشاهدات خود را ستاره شناسان تقسیم کهکشان راه شیری به ربع با خورشید ما در این مرکز است. با استفاده از این کنوانسیون ما ترسیم مارپیچ اسلحه در سه ربع. برای تکمیل نقشه در ربع چهارم ما نیاز به مشاهدات از نیمکره جنوبی. این برنامه ریزی شده و خواهد شد به دست آمده با تلسکوپ در سراسر استرالیا و نیوزیلند. در حالی که در انتظار نتایج آن ما می توانیم قیاس شناخته شده اسلحه به ربع چهارم با استفاده از کمکی اطلاعات از مشاهدات اتمی هیدروژن و مولکولی کربن مونوکسید. معماری نشان داد توسط این مشاهدات همزمان با قبلا استدلال سازه به نام نورما-خارجی Scutum-قنطورس–بیرونی-Scutum-قنطورس, صورت فلکی قوس-کارینا و Perseus اسلحه. ما احتیاط هر چند که ما تنها یک فاصله گیری به یک منطقه تشکیل ستاره فراتر از مرکز کهکشان باشد. اندازه گیری محل این منطقه همراه با موقعیت خود را در کهکشانی جغرافیایی-سرعت قطعه مونوکسید کربن و انتشار به ما می دهد برخی از اعتماد به نفس در ما چگونه متصل اسلحه در سمت دور از مرکز کهکشان باشد. ما باید بیشتر اندازه گیری از جمله به برخی از مدل ما ،

ما در حال حاضر یک تصویر واضح تر از ما کیهانی محله. به نظر می رسد ما در یک چهار مسلح کهکشان مارپیچی با یک روشن و مرکزی نوار و یک درجه مناسب از تقارن. خورشید ما واقع شده است و تقریبا دقیقا در آن midplane اما دور از مرکز آن حدود دو سوم از راه است. در علاوه بر این به اسلحه که قرار دادن تقریبا تمام راه را در اطراف کهکشان راه شیری حداقل یک بازوی اضافی بخش (محلی بازو) و احتمالا متعدد اسپرز. این ویژگی ها را در کهکشان ما ظاهر نسبتا معمولی اما مطمئنا معمولی نیست. حدود دو سوم از کهکشان مارپیچی نمایشگاه میله بنابراین در این راه کهکشان راه شیری است که در اکثر. در عین حال اختیار خود را از چهار به وضوح تعریف شده و نسبتا متقارن مارپیچی اسلحه باعث می شود آن ایستادگی کردن از دیگر کهکشانهای مارپیچی که کمتر مسیه اسلحه.

بیشتر اسرار

اگر چه ما باید برخی از پاسخ های جدید ما نیز در سمت چپ با قابل سوال است. اخترشناسان هنوز به طور فعال در بحث چگونه بازوهای مارپیچی بوجود می آیند در وهله اول. دو رقیب نظریه گرانشی که ناپایداریهای در مقیاس کل کهکشان شکل طولانی مدت مارپیچی موج الگوها یا که در مقیاس کوچکتر ناپایداریهای کشش و تقویت بیش از زمان به بازوی بخش است که پس از پیوند به فرم سلاح های طولانی. در سابق نظریه مارپیچ اسلحه می تواند برای بسیاری از میلیاردها سال در حالی که در دومی نظریه اسلحه کوتاه زندگی می کردند و آنهایی که جدید پدیدار چند بار بیش از یک کهکشان عمر است.

آن را بسیار دشوار است برای تعیین سن برای کهکشان راه شیری به دلیل آن است هیچ روشن تاریخ تولد. زمان فکر کردن است که آن را به تدریج coalesced بیش از میلیون عنوان بسیاری از کوچکتر protogalaxies که شکل گرفته بود پیش از آن در تاریخ جهان برخورد و ادغام. کهکشان راه شیری احتمالا می شده اند قابل تشخیص به عنوان یک کهکشان بزرگ در حدود پنج میلیارد سال پیش اما این ممکن است نگاه کاملا متفاوت پس از آن به دلیل اصلی ادغام شده اند که به احتمال زیاد به تقلا هر موجود ساختار مارپیچی.

بهبود در ما آخرین تصویر از کهکشان راه شیری نیاز به بسیاری از مشاهدات و تسهیل خواهد شد توسط نسل بعدی از رادیو تلسکوپ آرایه قادر به VLBI. از جمله آرایه های برنامه ریزی شده و در حال حاضر شامل آرایه کیلومتر مربع در آفریقا و نسل بعدی بسیار آرایه بزرگ در شمال امریکا است. هر دو غول آرایه رادیو تلسکوپ به بینی span خود را در قاره, و آنها می تواند به طور کامل عملیاتی تا پایان این دهه است. توسط تا حد زیادی افزایش تلسکوپ جمع آوری منطقه در مقایسه با زمان آرایه آنها اجازه خواهد داد که تشخیص بسیار ضعیف در رادیو تولید گازهای گلخانه ای از ستاره و از این رو ببینید دورتر در سراسر کهکشان راه شیری است. در نهایت ما امیدواریم که برای قطعی ردیابی کهکشان ما را در مقیاس بزرگ معماری به تایید یا رد این رقابت تئوری های خود را چگونه بزرگ فزاینده ساختار به دست می آمد.

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.netshrtco.detny.im