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天文學家最新發現!銀河系的真實形狀:盤面呈現扭曲的「S」形
2023/04/03

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銀河系是我們所在的星系,它包含了數百億顆恒星和行星,以及大量的塵埃和氣體。銀河系的形狀一直是天文學家感興趣的問題,因為它可以反映出銀河系的形成和演化歷史。然而,要確定銀河系的形狀并不容易,因為我們處在銀河系的內部,無法從外部觀察它。

藝術家想象的銀河系結構。有兩條主旋臂從核球的短棒向外延伸

目前,天文學家普遍認為銀河系是一個旋渦星系,即它有一個中心凸起的盤狀結構,周圍有四條螺旋臂。這種形狀是通過觀測銀河系內部的恒星和氣體分布而推斷出來的。然而,這種方法有一個局限性,就是無法確定銀河系盤面的彎曲程度。銀河系盤面可能是平坦的,也可能是彎曲的,甚至是扭曲的。

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星系UGC 12158的照片。這是被認為是在外觀上最類似于銀河系的星系

為了解決這個問題,一些天文學家轉向了觀測銀河系外部的星系。通過比較不同星系的形狀和特征,他們希望能夠找到與銀河系相似的星系,并推斷出銀河系可能的形狀。然而,這種方法也有一個難題,就是如何從海量的數據中篩選出與銀河系相似的星系。人工進行這種篩選非常耗時和低效。

最近,一項發表在《自然·天文學》雜志上的研究利用了人工智能(AI)來解決這個難題。該研究團隊使用了一種名為卷積神經網絡(CNN)的AI算法,它可以從圖像中提取特征并進行分類。他們訓練了CNN來識別不同形狀的星系,并將它們分為平坦、彎曲或扭曲三類。

他們使用了歐洲空間局(ESA)赫歇爾太空望遠鏡(Herschel Space Observatory)收集的超過10萬個星系圖像作為訓練數據,并用CNN對它們進行了分類。

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然后,他們用CNN對另外約2萬個星系圖像進行了測試,并與人工分類進行了比較。結果顯示,CNN的分類準確率達到了90%以上12。

利用CNN分類好的星系圖像,他們進一步篩選出了與銀河系最相似的1000個星系,并對它們進行了詳細的分析。他們發現,這些星系中有45%是平坦的,12%是彎曲的,43%是扭曲的。

斯皮策空間望遠鏡拍攝的銀河系中心圖象

根據這些結果,他們推斷出銀河系也很可能是一個扭曲的星系。這意味著銀河系盤面的兩端向上和向下彎曲,形成了一個「S」形。

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銀河系盤面的扭曲可能是由于它受到了其他星系的引力擾動。其中一個可能的干擾者是大麥哲倫云(LMC),它是銀河系最大的衛星星系,距離我們約16萬光年。LMC的品質比之前估計的要大得多,它正在以每秒250公里的速度穿過銀河系的暗物質暈 。

暗物質是一種看不見也感覺不到的物質,但它占據了宇宙中大部分的物質。暗物質暈是一種由暗物質構成的球形結構,它包圍著星系,并為星系提供了引力支撐。LMC在穿過暗物質暈時,會對銀河系產生巨大的引力牽引,從而導致銀河系盤面發生扭曲 。

銀河系剖面的示意圖

這種扭曲對于銀河系內部的恒星和行星并沒有什麼影響,因為它們距離銀河系中心較近,受到更強的引力束縛。然而,這種扭曲對于我們了解銀河系的結構和演化有著重要的意義。

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通過測量銀河系盤面的扭曲程度和方向,我們可以推斷出LMC對銀河系的影響力,以及LMC何時開始進入銀河系的暗物質暈 。

此外,通過觀測銀河系盤面的扭曲,我們還可以探測到暗物質暈的形狀和密度分布。這些信息對于我們理解暗物質的本質和性質有著重要的價值 。

總之,天文學家利用人工智能揭示了銀河系盤面的真實形狀,發現它是一個扭曲的「S」形。這一發現不僅展示了銀河系美麗而獨特的外貌,也為我們揭開了銀河系和暗物質暈背后的奧秘。

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