近日，中國科學院大學、中國科學院國家天文臺、北京大學和上海交通大學合作，基于國家天文臺負責運行的國家重大科技基礎(chǔ)設施郭守敬望遠鏡以及歐洲航天局蓋亞衛(wèi)星數(shù)據(jù)，首創(chuàng)了“時光動畫”新方法，利用不同年齡的造父變星樣本直接測量出銀盤翹曲的進動方向和速率。基于此，該工作揭示了當前銀河系的暗物質(zhì)暈形狀為接近球形的扁橢球。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《自然-天文》上。

在近鄰宇宙中，多數(shù)盤狀星系不是完美的圓盤而是在外區(qū)表現(xiàn)出像薯片一樣的彎曲狀態(tài)，被稱為翹曲。銀河系作為典型的盤狀星系，表現(xiàn)出翹曲特征。通常認為，翹曲的起源是外盤物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)平面偏離了包裹它的暗物質(zhì)暈的對稱平面。這樣一個傾斜的轉(zhuǎn)動銀盤如同一個旋轉(zhuǎn)的陀螺，受到暗物質(zhì)暈施加的引力矩產(chǎn)生進動。然而，翹曲的進動速度在方向和速率的測量方面存在爭論。這是由于之前的測量依賴運動學的間接方法，使用的示蹤天體因動力學擾動或加熱效應而影響測量的準確度與精度。

該研究利用蓋亞衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)的2600顆年輕的經(jīng)典造父變星作為銀河系翹曲的示蹤天體，并結(jié)合郭守敬望遠鏡數(shù)據(jù)測量了2600顆經(jīng)典造父變星的距離和年齡，提出了“時光動畫”方法，描繪了距今2.5億年間不同年齡切片的銀盤三維結(jié)構(gòu)。該研究通過動畫“放映”方式，揭示了銀盤翹曲的演化過程，發(fā)現(xiàn)了翹曲沿著逆太陽旋轉(zhuǎn)方向以2 km/s/kpc（每百萬年0.12度）的速率進動。進一步，測量顯示，隨著造父變星樣本離銀心距離的增加，翹曲的進動速率逐漸減小。無論翹曲如何起源，其進動速率和方向均由銀河系內(nèi)盤與暗物質(zhì)暈共同決定。研究發(fā)現(xiàn)，在扣除銀河系內(nèi)盤的貢獻后，當前包裹翹曲的銀河系暗物質(zhì)暈呈現(xiàn)出略微偏離球形的扁橢球形狀，且只有這一形狀能夠解釋翹曲的剩余進動大小。上述成果為探討銀河系暗物質(zhì)暈的演化提供了重要錨點。

這一成果得到了兩位審稿人的高度評價。審稿人認為，“時光動畫”是一項新穎且深具說服力的方法，并首次精確測定了進動的方向和速率。