人民网北京2月7日电 （唐佳）“我们身处的银河系有一个标志性结构——旋臂，它由大量年轻的恒星、浓密的气体和尘埃组成，是恒星形成的‘摇篮’。由于我们身处其中，仅能从内部‘窥探’它的结构，因此对于银河系旋臂的整体图像总是‘不识庐山真面目’。”中国科学院紫金山天文台副研究员孙燕说。
近日，基于“银河画卷”一氧化碳分子气体巡天数据，中国科学院紫金山天文台研究团队更新了银河系外缘旋臂图像，拓展了人们对银河系的认知。新图像覆盖了银盘面上约2/3方位角、银心距约8-26千秒差距范围内的分子气体旋臂结构，较以往同类观测扩大了约1.5倍。
据悉，为了更清晰全面了解银河系分子气体分布，中国科学院紫金山天文台的科学家们利用德令哈13.7米毫米波望远镜，实施了具有国际领先水平的CO巡天项目——“银河画卷”计划。“银河画卷”计划自2011年至今已累积覆盖了2000多平方度的银盘区域。
旋臂不仅是银河系的“形象代表”，更是其“心脏”所在，它们深刻影响着星际介质和恒星的物质循环。同时，银河系的旋臂研究也为我们理解其他旋涡星系提供了重要的借鉴。特别是银河系的外圈部分，与河外星系相比，其旋臂延伸范围更加广阔，是非常珍贵的研究样本。
“观测银河系的旋臂并非易事。”孙燕表示，银河系盘面扁薄，半径约几十千秒差距（1千秒差距约为3260光年），最大厚度约几千秒差距，而人类居住在离银心约8千秒差距的盘上，垂直盘面方向仅仅偏离物质分布最集中的中心盘平面几十秒差距，仅能从内部“窥探”它的结构，无法俯瞰全貌。基于此，实现银河系旋臂的观测需要两大条件：一是“广”覆盖——需要大规模、高效率的巡天观测和长时间的数据积累。同时为了覆盖盘面的360度范围，理想情况下需要南北半球各配备一架高效望远镜协同工作。二是“深”探测——射电波段观测是目前已知可穿透尘埃，捕捉到更遥远区域的观测手段，但绘制完整的盘面图仍需要极高灵敏度的设备。
根据观测，科学家重新绘制了银河系太阳半径以外的分子气体分布图，揭示了外太阳圈的三段旋臂结构。这些旋臂的长度从16到43千秒差距不等，最远延伸至HI盘的边缘地带。
左：CO巡天观测的外太阳圈分子气体表面密度投影俯视图；右：CO与其他示踪天体得到的旋臂结构模型比较。 中国科学院紫金山天文台供图。
其中，距离较近的英仙臂和外臂结构尤为清晰，观测图像清晰展现了旋臂与旋臂间物质密度分布的显著差异，并呈现准连续分布的特征。在银河系盘的边缘，约1306个分子云很好地描绘了最遥远的旋臂结构，即外盾牌——半人马臂，这些分子云连接了近年发现的第一象限新旋臂段与第二象限新旋臂段，并可能将这一遥远的旋臂延伸至更遥远的第三象限。
银盘边缘的1306个分子云叠加在银河系结构遐想图。 中国科学院紫金山天文台供图
尽管新CO巡天数据为银河系分子气体分布提供了一幅径向方向覆盖范围更广、细节更清晰的鸟瞰图，对银河系旋臂结构的认知得以进一步拓展，但银河系旋臂的研究仍有许多未解之谜。例如，南银盘的探测 、更高灵敏度与分辨率、多示踪体联合分析等。
从尘埃与气体中孕育出恒星，再到恒星的能量回馈形成新结构，这种循环正是宇宙最迷人的景象之一。“未来，期待科学家们揭示更多关于银河系的秘密，将这幅‘银河画卷’绘制得更加完整和精彩。”孙燕说。