计算机模拟显示银河中心的恒星如何移动

时间：2021-09-16 08:25:11 来源：

艺术家的印象是，从与地球相比，银河系几乎从边缘和角度都可以看到银河系的外观。中央凸起显示为花生状的发光球，螺旋臂及其相关的尘埃云形成一条窄带。

在一项最新发表的研究中，罗切斯特大学的研究人员使用计算机模拟来显示银河系中心的恒星如何在花生壳形轨道中运动。

两个月前，天文学家在银河系（银河系）的中心创建了一个新的3D恒星图，比以往任何时候都更清楚地显示了其核心的凸起。先前的解释表明，形成凸起的恒星处于类似香蕉的轨道，但本周在《皇家天文学会月刊》上发表的一篇论文表明，这些恒星可能沿花生壳或p形的八个形状的轨道运动。

区别很重要。天文学家发展恒星运动的理论，不仅要了解我们银河系中的恒星今天如何运动，还要了解我们银河系是如何形成和演化的。银河的形状像一个螺旋形，由于其形状，在其中心有一个恒星区，被称为“酒吧”。在该区域的中间，有一个“凸起”，垂直向上扩展。

罗彻斯特大学天文学教授爱丽丝·奎伦（Alice Quillen）和她的合作者在新论文中创建了银河系中心可能发生的事情的数学模型。与太阳系不同，太阳系的大部分引力来自太阳并且易于建模，而描述银河系中心附近的引力场要困难得多，在银河系中心，数百万颗恒星，巨大的尘埃云甚至暗物质盘旋。在这种情况下，Quillen和她的同事考虑了作用于凸起内或凸起附近恒星上的力。

当恒星绕其轨道旋转时，它们也将在条形平面的上方或下方移动。当星星越过飞机时，它们会受到一点推动，就像一个荡秋千的孩子一样。在共振点（离棒的中心一定距离的点）上，按动恒星的时机应使这种效果足够强，以使此时的恒星在平面上方向上移动。这就好像秋千上的孩子每次来回时都被推了一下，最终他摆动得更高。这些被推出的恒星形成凸起的边缘。

此时的共振意味着恒星在每个轨道周期内都会经历两次垂直振荡。但是，两者之间最可能出现的轨道形状是什么？研究人员通过计算机仿真显示，花生壳形的轨道与这种共振的影响是一致的，并且可以产生观察到的凸起形状，也像花生壳一样。

下个月，欧洲航天局将发射盖亚航天器，该航天器旨在为银河系中的恒星及其运动创建3D地图。这张3D地图将帮助天文学家更好地了解我们银河系的组成，形成和演化。

Quillen解释说：“很难回顾我们银河系的过去并知道其中存在什么，但是模拟可以为我们提供线索。”“使用我的模型，我发现随着时间的流逝，导致这些形状特殊的轨道的杆的共振向外移动。这可能就是我们银河系中发生的事情。”

“盖亚将产生数十亿颗恒星上的大量数据，”奎伦说。该数据将使Quillen和她的同事进一步完善他们的模型。“这可以使人们更好地了解银河系如何演变成如今的形状。”

Quillen解释说，关于银河凸起的形成方式有不同的模型。天文学家有兴趣了解随着时间的流逝，该条的速度降低了多少，以及该凸起是“一次膨胀还是缓慢膨胀”。了解条形和凸起中恒星的速度和运动方向（速度）的分布可能有助于确定这种演化。

两部N体仿真电影，其中一个显示弯曲的条（顶部），另一部不弯曲。这些电影显示了禁止星系的正面和侧面视图。这两部电影都显示，随着杆的速度变慢，花生形状变得更加伸展。

“我的模型的预测之一是共振内部和外部的速度分布存在明显差异，” Quillen说。“在内部-靠近银河系中心-应当将圆盘膨起，并且那里的恒星会有更高的垂直速度。盖亚将测量恒星的运动，并允许我们寻找诸如此类的速度分布变化。”

为了能够为凸起中恒星的轨道生成模型，Quillen需要考虑不同的变量。她首先需要了解在共振区域会发生什么，这取决于旋转棒的速度和棒的质量密度。

“在对轨道进行建模之前，我需要回答我认为是一个简单问题的答案：内部星系中的物质分布是什么？”奎伦说。“但这不是我只能抬头看的东西。幸运的是，我的合作者Sanjib Sharma能够提供帮助。”

夏尔马研究了圆形轨道的速度如何随距银河系中心的距离（称为自转曲线）而变化。使用此信息，Quillen可以计算共振所需的质量密度，这是她模型所需的。

Quillen还能够将新的轨道模型与杆的速度（旋转的杆）结合起来，以更精确地估算距银河系中心3000光年的质量密度（距银河系中心距离的八分之一左右）。银河系到地球），这是凸起边缘所在的位置。

现在，没有多长的时间等待盖亚开始收集数据。盖亚（Gaia）的发布时间定于12月19日，并将在ESA门户网站上直播。