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上圖:LAMOST中熱OBAF星樣本的X-Y空間位置的二維密度圖。作為參考，制圖太陽的揭示位置用橙色的星星表示。Reid等人(2014)在星系中旋臂的銀河大致位置顯示為粗黑線，其延伸由粗虛線標記。系的旋臂顏色編碼代表log(N)中恒星的化學數量密度。下圖:全樣本R-Z空間位置的制圖二維密度圖。顏色編碼代表log(N)中恒星的揭示數量密度。信用:arXiv (2022)。銀河DOI: 10.48550/arxiv.2207.04542
（神秘的系的旋臂地球uux.cn）據德克薩斯大學麥克唐納天文臺：奧斯汀德克薩斯大學天文學助理教授基思·霍金斯(Keith Hawkins)使用化學制圖法——也稱為化學制圖——來識別銀河系旋臂中以前未被發現的區域。他的化學研究發表在《皇家天文學會月報》上，展示了這一開創性技術在理解我們銀河系的制圖形狀、結構和演化方面的揭示價值。
銀河系的銀河化學地圖顯示了元素周期表中的元素是如何在銀河系中分布的。它們使天文學家能夠根據天體的系的旋臂化學成分而不是它們發出的光來確定天體的位置。雖然化學制圖的想法已經存在了一段時間，但天文學家直到最近才能夠從這項技術中獲得重要的結果。這要歸功于日益強大的望遠鏡的出現。
霍金斯說:“就像早期的探險家們創造了越來越好的世界地圖一樣，我們現在正在創造越來越好的銀河系地圖。”“這些地圖揭示了我們認為是真實的事情，但仍需要核實。”
自20世紀50年代以來，我們就知道銀河系是一個螺旋星系。然而，它的確切形式、結構，甚至它的臂數一直是正在調查的問題。這是因為我們生活在我們的銀河系內，無法旅行到足夠遠的地方，從一個局外人的角度來看它。“這就像在一個大城市，”霍金斯解釋道。“你可以環顧四周的建筑，你可以看到你所在的街道，但很難知道整個城市是什么樣子，除非你坐在飛機上飛過。”
我們對銀河系的有限視野并沒有阻止天文學家們創建信息豐富的模型；或者藝術家畫出美麗的插圖。“但是，”霍金斯說，“我想知道那些模型和插圖實際上有多準確。看看化學制圖是否能揭示銀河系旋臂的更清晰的圖像。”
繪制銀河系地圖
繪制銀河系地圖的一個傳統方法是識別年輕恒星的密度。隨著銀河系旋轉，其旋臂中的塵埃和氣體壓縮，促使新恒星誕生。所以，哪里有大量的年輕恒星，哪里就有一條臂。
天文學家可以通過探測年輕恒星發出的光來定位它們。但是有時塵埃云會遮住恒星，使得即使是最好的望遠鏡也很難觀察到它們的光。因此，銀河系的一些區域還沒有被發現。
化學制圖幫助天文學家填補了缺失的部分。
它依靠一個叫做“金屬度”的天文概念來做到這一點金屬豐度是指恒星表面金屬與氫的比率。在天文學中，周期表中除了氫和氦以外的任何元素都被稱為“金屬”年輕的恒星比年老的恒星擁有更多的金屬，因此有更高的金屬性。這是因為它們形成于我們宇宙歷史的后期，那時有更多的金屬存在。
大爆炸后，僅存的元素是氫、氦和少量金屬。在它們的內核中，第一代恒星將氫和氦融合成越來越復雜的金屬(也就是元素周期表上越來越重的元素)，直到最后死亡或爆炸。但是從混亂中誕生了生命。這些爆炸將金屬噴射到周圍環境中，在那里它們被用作下一代恒星的構建材料。
隨著恒星誕生和毀滅的循環重復，每一代恒星都比前一代富含更復雜的金屬，使其金屬含量越來越高。理論上，包含大量年輕恒星的銀河系旋臂應該比它們之間的區域具有更高的金屬含量。
比較地圖
為了繪制地圖，霍金斯確定了銀河系中金屬豐度的分布。他專注于我們太陽周圍存在這些數據的區域——一個長達32，600光年的視圖。富含金屬的物體豐富的區域預計會與旋臂排成一行，而富含金屬的物體稀缺的區域會與旋臂之間的空間排成一行。
當他將自己的地圖與銀河系同一區域的其他地圖進行比較時，旋臂彼此排成一行。更重要的是，因為霍金斯的地圖是根據金屬含量而不是年輕恒星發出的光來識別旋臂的，所以出現了以前未知的新區域。
霍金斯說:“一個重要的發現是旋臂確實富含金屬。這說明了化學制圖在確定銀河系的結構和形成中的價值。它有可能徹底改變我們對銀河系的看法。”
蓋亞太空望遠鏡革新了對我們星系的研究
隨著我們的望遠鏡變得越來越強大，化學制圖的前景也越來越好。
在他的研究中，霍金斯分析了來自大天空區域多目標光纖光譜望遠鏡(LAMOST)和蓋亞太空望遠鏡的數據。來自蓋亞的新數據(數據發布3)特別有見地。這是因為蓋亞提供了迄今為止最精確和全面的銀河系調查，包括其化學成分。
自2013年啟動以來，蓋亞已經監測了大約20億個物體。天文學家現在能夠將他們的研究范圍從數千個物體擴大到數十億個，并覆蓋銀河系更大的區域。
霍金斯說:“蓋亞提供的大量數據使我們現在能夠在銀河系范圍內進行化學制圖。”。"直到最近，數十億顆恒星的位置及其化學組成的數據才被獲得。"
到目前為止，蓋亞已經提供了迄今為止銀河系最大區域的化學數據。然而，這仍然只占銀河系的百分之一。隨著蓋亞繼續觀測天空，隨著新的望遠鏡上線，天文學家可以越來越多地使用化學制圖來了解我們銀河系的基本屬性。反過來，這些經驗可以應用于其他星系和整個宇宙。正如霍金斯解釋的那樣，“這是一個全新的時代。”

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化學制圖揭示了銀河系的旋臂

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