一張哈勃太空望遠鏡的影像可以捕捉到許多遙遠的星系，但我們永遠無法從外部看到的星系就是我們自己的銀河系。因此，沒有人知道銀河系的確切大小和形狀。在發現第一個太空螺旋星系一個多世紀後，天文學家才確定我們的星系也是一個螺旋星系，並且過了幾年後，他們才推斷出我們居住在一個棒旋星系中——這種星系的明亮中心區域是細長的。現在，觀測者首次在銀河系的遠側探測到五顆恆星，它們可以作為出色的標尺，這一壯舉將揭示銀河系未知領域的秘密。“這是一項經典的精美天文學研究，”加州大學伯克利分校的天文學家利奧·布利茨說，他沒有參與這項發現。
來自南非和日本的研究人員在銀河系盤的另一側發現了五顆被稱為造父變星的恆星，它們距離地球 72,000 到 99,000 光年。這五顆恆星都位於銀河系中心之後，銀河系中心位於人馬座，距離我們約 27,000 光年。
造父變星在許多天文突破中都發揮了重要作用，因為它們揭示了一個關鍵量：天體距離。造父變星是一顆黃色的超巨星——一顆像太陽一樣溫暖但亮度更高的恆星——它會週期性地脈動，膨脹和收縮，從而使其光線時強時弱。正如大號的共振頻率和音調比它相形見絀的小號低一樣，一顆較大而明亮的造父變星的脈動時間比一顆較小、較暗的造父變星長。因此，僅僅測量一顆造父變星的脈動週期就可以指示該恆星發出的光量。將這種光度與造父變星的亮度進行比較，即可揭示它與地球的距離——恆星越遠，它看起來就越暗。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造我們今天世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
造父變星的位置最初表明它們來自附近的人馬座矮星系，銀河系的引力正在將其撕裂。“我們很驚訝地發現這些[恆星]不具備正確的速度，”開普敦大學的天文學家邁克爾·費斯特說。天文學家利用南非大型望遠鏡 (SALT) 測量了恆星在紅外波長下的多普勒頻移，紅外波長可以穿透星系盤中的塵埃。從多普勒頻移得出的速度表明，所有五顆造父變星都屬於我們的銀河系。天文學家在《自然》雜誌 5 月 15 日刊上報告了他們的發現（《大眾科學》是自然出版集團的一部分）。
這些恆星都明顯高於和低於銀河平面。造父變星總是相當年輕的——誕生於不到 1.3 億年前——而年輕的恆星通常位於銀河平面幾百光年範圍內。這五顆遙遠的造父變星高於或低於平面 2,900 到 6,800 光年，這表明銀河系恆星盤的遠側是張開的，就像喇叭的寬端一樣。然而，這一發現是有道理的，因為產生年輕恆星的星際氣體也在星系的邊緣張開。“很高興看到這些年輕的物體在那裡，”哈佛-史密森天體物理中心的托馬斯·達姆說，他沒有參與這項研究，他使用分子氣體發出的無線電波來繪製旋臂圖，因為它們的氣體孕育出新的恆星。“我們對銀河系螺旋結構的瞭解有百分之九十來自我們這一側。我們對另一側一無所知。”
2011 年，達姆和他的同事帕特里克·薩德斯追蹤了穿過銀河系遠側的一條名為盾牌座-半人馬座的巨大旋臂，發現那裡的旋臂在銀河平面以上數千光年處上升。不幸的是，與造父變星不同，這些無線電觀測只能得出粗略的距離，達姆說這裡的螺旋圖可能像哥倫布時代航海家使用的地圖一樣有缺陷。他指出，其中三顆造父變星的位置相似，這表明它們位於強大的盾牌座-半人馬座旋臂中；但它們的距離將它們置於地圖上的位置之外，因此盾牌座-半人馬座旋臂可能實際上比最初估計的距離更遠。一顆造父變星甚至在恆星盤的邊緣之外發光，暗示著銀河系遠側的另一個遙遠螺旋結構。
解決這些問題需要什麼？更多造父變星。“五個太少了，”費斯特感嘆道。但他表示，他們的發現“開啟了這樣一種可能性，即大型觀測，尤其是在紅外線方面，將發現更多像這樣的恆星，並讓人能夠真正研究這些距離處星系的結構。”在未來十年內，我們應該能夠更好地瞭解我們的銀河家園。
來源：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt, SSC-Caltech (基礎影像)；Ariel Weiss (造父變星位置)