近日，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)合作，基于國家天文臺負責運行的國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡以及歐洲航天局蓋亞衛星數據，首創(chuàng )了“時(shí)光動(dòng)畫(huà)”新方法，利用不同年齡的造父變星樣本直接測量出銀盤(pán)翹曲的進(jìn)動(dòng)方向和速率?；诖?，該工作揭示了當前銀河系的暗物質(zhì)暈形狀為接近球形的扁橢球。相關(guān)研究成果在線(xiàn)發(fā)表在《自然-天文》上。

在近鄰宇宙中，多數盤(pán)狀星系不是完美的圓盤(pán)而是在外區表現出像薯片一樣的彎曲狀態(tài)，被稱(chēng)為翹曲。銀河系作為典型的盤(pán)狀星系，表現出翹曲特征。通常認為，翹曲的起源是外盤(pán)物質(zhì)的旋轉平面偏離了包裹它的暗物質(zhì)暈的對稱(chēng)平面。這樣一個(gè)傾斜的轉動(dòng)銀盤(pán)如同一個(gè)旋轉的陀螺，受到暗物質(zhì)暈施加的引力矩產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)。然而，翹曲的進(jìn)動(dòng)速度在方向和速率的測量方面存在爭論。這是由于之前的測量依賴(lài)運動(dòng)學(xué)的間接方法，使用的示蹤天體因動(dòng)力學(xué)擾動(dòng)或加熱效應而影響測量的準確度與精度。

該研究利用蓋亞衛星發(fā)現的2600顆年輕的經(jīng)典造父變星作為銀河系翹曲的示蹤天體，并結合郭守敬望遠鏡數據測量了2600顆經(jīng)典造父變星的距離和年齡，提出了“時(shí)光動(dòng)畫(huà)”方法，描繪了距今2.5億年間不同年齡切片的銀盤(pán)三維結構。該研究通過(guò)動(dòng)畫(huà)“放映”方式，揭示了銀盤(pán)翹曲的演化過(guò)程，發(fā)現了翹曲沿著(zhù)逆太陽(yáng)旋轉方向以2 km/s/kpc（每百萬(wàn)年0.12度）的速率進(jìn)動(dòng)。進(jìn)一步，測量顯示，隨著(zhù)造父變星樣本離銀心距離的增加，翹曲的進(jìn)動(dòng)速率逐漸減小。無(wú)論翹曲如何起源，其進(jìn)動(dòng)速率和方向均由銀河系內盤(pán)與暗物質(zhì)暈共同決定。研究發(fā)現，在扣除銀河系內盤(pán)的貢獻后，當前包裹翹曲的銀河系暗物質(zhì)暈呈現出略微偏離球形的扁橢球形狀，且只有這一形狀能夠解釋翹曲的剩余進(jìn)動(dòng)大小。上述成果為探討銀河系暗物質(zhì)暈的演化提供了重要錨點(diǎn)。

這一成果得到了兩位審稿人的高度評價(jià)。審稿人認為，“時(shí)光動(dòng)畫(huà)”是一項新穎且深具說(shuō)服力的方法，并首次精確測定了進(jìn)動(dòng)的方向和速率。