中国科学院上海天文台徐烨及其南京大学导师郑兴武,与美国哈佛-史密松天体物理中心里德(M. J. Reid)和德国马普射电天文研究所门滕(K. M. Menten)合作,首次用甚长基线干涉仪三角视差测量法精确测定了银河系旋涡结构中离太阳最近的英仙臂中一个大质量分子云核的距离和运动速度,对银河系旋臂结构的测量和研究有突破性进展。美国Science杂志在2006年1月6日登载了以徐烨为第一作者的该项成果,该结果同时展现在该期杂志的封面上,这是以中国天文学家为第一作者的研究成果第一次出现在该杂志的封面上。
研究表明,银河系是旋涡星系。由于地球处在其中,人们不能像观测河外星系一样观测到整个银河系。为了画出银河系的旋臂结构,天文学家已努力了近一个世纪。原则上,只要在银道面各个方向精确测得年轻大质量恒星或与它成协的天体的距离,就可以构造整个银河系的旋臂结构。但由于银道面上浓密的尘埃和气体的消光作用,即使是最大的光学望远镜也只能测量到离太阳100秒差距(1秒差距 ≈ 3.08×1013公里)以内的天体,而要正确获得银河系大小和银河系旋臂结构,其测量距离为10 000秒差距。
徐烨等通过观测银河系中年轻大质量恒星附近的甲醇微波激射源观测那里的天体。这种天体的形成机制类似激光,不过它们发射的是射电波,因此有人称之为宇宙激光。这种宇宙激光的亮温度可达几千亿度,是最亮的天体之一,它们发射的射电波很容易穿透浓密尘埃气体的遮挡。这四位科学家利用世界上分辨率最高的甚长基线干涉仪,在2003年10月至2004年6月间,五次对英仙臂中一个大质量恒星形成区里的甲醇分子脉泽和三个河外射电源进行观测,用三角视差法测得该甲醇分子脉泽源的三角视差为0.512±0.010 毫角秒,对应的距离为 1.95 ±0.04 千秒差距。结合它们的自行计算出,它绕银河系中心旋转的速度为206±10 公里/秒,向着银心的运动速度为17±1 公里/秒,向北银极方向的速度为0.8±0.5 公里/秒。很明显,它在垂直于银道面方向的速度很小。
该研究成果解决了天文学界关于英仙臂距离的长期争论。过去曾有人用年轻大质量恒星的光度估计出其光度距离约为2.2千秒差距,而动力学距离约为4.3千秒差距。徐烨等的工作精确确定了离太阳最近的英仙臂距离为1.95千秒差距,即约6 370光年,距离测定误差为2%, 这是天文学史上对这么远的天体的精度最高的距离测量。
他们测出的该分子云核的三维运动速度与银河系密度理论基本一致,有力证明了银河系密度波理论。该项成果意味着人类能够直接测量银河系的大小及其运动,对银河系暗物质的估计、精确测量宇宙的大小和年龄具有重要意义。在成功测量英仙臂距离的基础上,中国、美国和德国的科学家已形成一个研究团组,以测量旋臂中多个甲醇微波激射源,有望在三至五年后给出银河系旋臂的正确位置。
