银河画卷公开首批毫米波分子谱线观测数据 银河画卷的观测数据持续向全球学者开放

 银河画卷开卷:毫米波数据揭示宇宙恒星摇篮,超过1亿条毫米波谱线交织成一幅宏伟的银河画卷,在寂静的青海德令哈高原上,人类终于掌握了绘制银河系全貌的新工具。

 银纬±1度范围内“银河画卷”巡天与其他巡天的比较图。上图是“银河画卷”三种一氧化碳同位素谱线,表征不同密度的分子气体环境。

 天文数据的里程碑发布

 历时十二年的巡天观测,累计获取超过1亿条谱线数据,构建出目前最完备的毫米波一氧化碳分子谱线数据库。这一浩瀚的数据宝库被命名为“银河画卷”(MWISP)巡天计划,首次向全球研究者敞开大门。

 覆盖北天银道面附近约2300平方度天区,相当于在地球上看到的1万个太阳的投影面积。这标志着在天文基础数据领域正经历着从“参与者”向“驱动者”的转变。

 这项计划通过探测星际一氧化碳分子气体发出的毫米波信号,能够高精度描绘出银河系分子气体的分布与结构。对于普通天文爱好者而言,银河是夜空中那条明亮的乳白色光带;而对于天文学家,银河是无数恒星、气体和尘埃组成的复杂生态系统,而“银河画卷”首次为其绘制了精确的“三维星图”。

 为何从一氧化碳窥探银河奥秘

 在宇宙中,最普遍的气体是氢分子,它们是恒星形成的主要原料。然而,氢分子发出的谱线信号极为微弱,即使是最先进的毫米波望远镜也难以捕捉。

 科学家们采用了一种巧妙的“等价置换”方法——通过观测一氧化碳分子来追踪氢分子的分布。一氧化碳作为星际介质中的常见分子,其谱线发射强度高得多,成为揭示银河系分子气体分布的理想探针。

 银河画卷计划同时观测了三种一氧化碳同位素谱线:12CO、13CO和C18O。通过红、绿、蓝三色合成图,不同密度环境下的大尺度气体结构和形态各异的分子云细节清晰可见。这种多谱线同步观测能力使科学家能够区分分子云的不同物理条件,为理解恒星形成环境提供了前所未有的细节。

 星际分子气体又称星际分子云,它们是银河系的重要组成部分,也是恒星诞生的“摇篮”。研究这些分子云,对理解宇宙、星系及恒星的起源具有根本性意义。

 技术突破开启巡天新纪元

 银河画卷计划的实施依托于青海德令哈的13.7米口径毫米波射电望远镜。这台望远镜是目前在毫米波段常规化运行的重要观测设备,其核心是多波束超导成像频谱仪。

 传统毫米波望远镜如同“独眼龙”,一次只能观测一片很小的天区。而升级后的设备拥有“9只眼珠”,可同步观测9片视野,并同时接收12CO、13CO和C18O三种同位素的信号。这一技术突破使观测效率较传统模式提升了近60倍。

 银河画卷在灵敏度、动态范围、多谱线同步观测与大天区均匀采样等方面都具有显著优势,系统超越了国际上以往的一氧化碳巡天项目。探测到的流量达到同类巡天计划的1.6倍。

 这些技术优势使科研团队能够看到最远距离太阳系6万光年的银河系边缘,实现了对银河系分子气体的高灵敏度、高分辨率精细巡天普查。

 科学发现的宝库与“三维星图”

 基于巡天数据构建的银河系分子气体“三维星图”和“普查报告”,为研究银河系气体循环和恒星形成过程提供了前所未有的分析工具。

 这些数据已产生一系列重要科学发现。2015年,通过巡天普查发现了位于银河系外侧最长的分子气体旋臂,呈现360度环形结构。这是人类首次确定性观测到一条完整的银河旋臂,而此前对银河系结构的认知主要基于零星星系的观测推测。

 一期巡天还探测到超过10万个星际分子云的样本,是目前国际上规模最大的分子云样本库。此外,科学家们还发现了环绕银河系中心区域的高速气体束流,以及超新星遗迹在气体云内膨胀所产生的激波区域。

 这些成果不仅清晰勾勒出银河系分子气体的宏观分布结构,也精细揭示了星际分子云的内部细节与物理特性。对理解银河系物质分布与结构以及气体生态循环具有不可替代的基础支撑价值。

 开放共享与协同探索的未来

 银河画卷数据将通过“科学数据银行”存储和发布,全球天文研究者自12月11日起均可获取这份珍贵的观测资料。数据的公开释放将进一步推动多波段天文研究的协同创新。

 事实上,自2016年以来,“银河画卷”已经与国内外同行共享了162批次数据。此次首批数据的全面公开,标志着这种开放合作进入新阶段。

 这些毫米波分子谱线数据将与500米口径球面射电望远镜(FAST)、高海拔宇宙线观测站(LHAASO)等大科学装置形成互补。这种多波段协同研究将助力国内外研究团队在恒星形成、星系演化等前沿领域取得突破。

 银河画卷巡天的成功为下一代大口径毫米波/亚毫米波望远镜开展百波束量级的巡天计划积累了关键技术经验。从2022年开始的二期巡天,将覆盖更宽阔范围,探索更特殊的天文现象,甚至为寻找“第二个地球”提供更多样本。

 当古代诗人仰望银河,以“汉”诗意命名那条横跨夜空的光带时,他们不会想到,数千年后的人类不仅能遥望银河,还能绘制它的精细图谱。

 银河画卷数据向全球的开放,如同将这份深沉蕴藉的宇宙诗篇转化为全人类共享的科学语言。在青海高原的静谧夜晚,望远镜继续记录着宇宙的呼吸,而人类对银河的理解,正随着每一条新谱线的解析而变得更加深邃清晰。