“最美銀河”一眼閱盡！中國(guó)“銀河畫卷”首批巡天數(shù)據(jù)全球公開

視野橫貫銀河系，看見6萬(wàn)光年外的宇宙，是何種體驗(yàn)？12月11日，中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)“銀河畫卷”（MWISP）巡天計(jì)劃正式向全球公開釋放其首批毫米波分子譜線觀測(cè)數(shù)據(jù)。“最美銀河”以前所未有的細(xì)節(jié)呈現(xiàn)在全球科學(xué)界眼前，這標(biāo)志著中國(guó)在毫米波星際分子譜線天文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)領(lǐng)域正從“參與者”向“驅(qū)動(dòng)者”轉(zhuǎn)變。

從一氧化碳分布視角，觀察銀河系分子氣體信息

“姐姐，今夜我在德令哈，這是雨水中一座荒涼的城……”在詩(shī)人海子的作品中，德令哈被雨水籠罩。而現(xiàn)實(shí)中，德令哈的雨水妥妥是“稀罕物”，這座城市處于海拔3200米的青藏高原，平均年降水量?jī)H120毫米，因其獨(dú)特的自然環(huán)境，非常適合天文觀測(cè)。中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)的青海觀測(cè)站就坐落于此，該站擁有一臺(tái)13.7米口徑毫米波射電望遠(yuǎn)鏡，它是我國(guó)目前唯一在毫米波段常規(guī)化運(yùn)行的大型射電天文觀測(cè)設(shè)備，“銀河畫卷”巡天計(jì)劃正是依托這臺(tái)設(shè)備展開研究和觀測(cè)。

該項(xiàng)目是由中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)組織開展的一項(xiàng)大規(guī)模毫米波分子譜線巡天計(jì)劃。“銀河畫卷”項(xiàng)目首席科學(xué)家、紫金山天文臺(tái)研究員楊戟介紹，該巡天覆蓋北天銀道面附近2310平方度的天區(qū)，通過(guò)探測(cè)星際一氧化碳分子氣體發(fā)出的毫米波信號(hào)，高精度描繪出銀河系分子氣體的分布與結(jié)構(gòu)。

為何選擇針對(duì)一氧化碳分子氣體的巡天觀測(cè)？“銀河畫卷”項(xiàng)目核心成員蘇揚(yáng)博士介紹，一氧化碳分子是星際分子氣體中，除氫分子以外，含量最高的氣體。氫分子毫米波段信號(hào)微弱，而一氧化碳分子毫米波段的信號(hào)最強(qiáng)，因此探測(cè)氧化碳分子能最大限度地提供分子氣體分布的信息。數(shù)據(jù)對(duì)天體起源、恒星演化、銀河系結(jié)構(gòu)、星際物質(zhì)循環(huán)、高能天體物理過(guò)程等前沿研究都是必不可少的。

如何拍出“最美銀河”的照片？

想要給銀河系拍出一張“最美銀河”的照片并非易事，不僅要拍得清晰，還要具備更豐富的“色彩深度”。

13.7米口徑毫米波射電望遠(yuǎn)鏡的核心后端儀器——多波束超導(dǎo)成像頻譜儀具有多譜線同步接收能力，它使觀測(cè)效率較傳統(tǒng)模式提升近60倍，實(shí)現(xiàn)對(duì)銀河系分子氣體的高靈敏度、高分辨率精細(xì)巡天普查。宇宙中一氧化碳分子具有多種同位素形式，科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)多分子探針，拍下3種同位素形式的區(qū)別，“銀河畫卷”數(shù)據(jù)合成采用了紅、綠、藍(lán)三色圖，不同密度環(huán)境下的大尺度氣體結(jié)構(gòu)和形態(tài)各異的分子云細(xì)節(jié)清晰可見。

紫金山天文臺(tái)助理研究員張少博負(fù)責(zé)“銀河畫卷”的數(shù)據(jù)合成，他介紹，巡天以0.5°x0.5°作為單位分區(qū)，這是巡天區(qū)域劃分和觀測(cè)時(shí)的基本單元，9000多個(gè)小方格最終拼成了“最美銀河”的大圖。

“銀河畫卷”巡天數(shù)據(jù)在靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、多譜線同步觀測(cè)與大天區(qū)均勻采樣等方面都具有顯著優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)超越了國(guó)際上以往的CO巡天項(xiàng)目。該巡天不僅清晰勾勒出銀河系分子氣體的宏觀分布結(jié)構(gòu)，也精細(xì)揭示了星際分子云的內(nèi)部細(xì)節(jié)與物理特性，為研究銀河系氣體循環(huán)和恒星形成過(guò)程提供了高精度、多譜線聯(lián)合分析的銀河系分子氣體“三維星圖”和“普查報(bào)告”。其數(shù)據(jù)成果對(duì)理解銀河系物質(zhì)分布與結(jié)構(gòu)及氣體生態(tài)循環(huán)具有不可替代的基礎(chǔ)支撐價(jià)值。

已取得諸多成果，未來(lái)將助力地外生命搜尋

“在銀河系星際氣體探查方面，我們走到了國(guó)際的最前沿，探測(cè)到超過(guò)10萬(wàn)個(gè)星際分子云，發(fā)現(xiàn)了銀河系最遠(yuǎn)的分子旋臂、發(fā)現(xiàn)了環(huán)繞銀河系中心區(qū)域的高速氣體束流，發(fā)現(xiàn)了超新星遺跡在氣體云內(nèi)膨脹所產(chǎn)生的激波區(qū)域。基于統(tǒng)計(jì)分析提出了星際湍動(dòng)驅(qū)動(dòng)的分子云形成演化瞬態(tài)模式理論……”蘇揚(yáng)介紹，基于“銀河畫卷”的研究，已經(jīng)取得豐碩成果，但它的功能絕非僅限于此。

該項(xiàng)目對(duì)人類尋找星際有機(jī)物質(zhì)的分布，也有引導(dǎo)作用。蘇揚(yáng)表示，一氧化碳作為簡(jiǎn)單的星際分子，可以很好地揭示銀河系分子氣體的分布。通過(guò)“銀河畫卷”中一氧化碳分子的分布，可追蹤分子氣體和塵埃最多的地方。這些最稠密的氣體環(huán)境就可能孕育有機(jī)分子。因此，“銀河畫卷”或?qū)?duì)搜尋地外生命起到一定的作用。

此次數(shù)據(jù)公開釋放將進(jìn)一步推動(dòng)多波段天文研究的“夢(mèng)幻聯(lián)動(dòng)”，助力國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)的恒星形成、星系演化等前沿研究。“銀河畫卷”團(tuán)隊(duì)自2016年以來(lái)，已經(jīng)為“中國(guó)天眼”（FAST）用戶多批次提供數(shù)據(jù)共享。2021年，“銀河畫卷”團(tuán)隊(duì)與LHAASO團(tuán)隊(duì)簽訂了數(shù)據(jù)共享協(xié)議，為高能宇宙射線源的研究提供分子氣體分布的信息。

據(jù)悉，“銀河畫卷”巡天的成功不僅為下一代大口徑毫米波/亞毫米波望遠(yuǎn)鏡百波束量級(jí)的巡天戰(zhàn)略積累了關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，也彰顯了中國(guó)在天文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)領(lǐng)域日益提升的支撐能力與國(guó)際合作價(jià)值。（部分圖片由紫金山天文臺(tái)提供）

現(xiàn)代快報(bào)/現(xiàn)代+記者 是鐘寅 胡玉梅

（紫金山天文臺(tái)供圖）