在3D中看到的巨大星系

虽然我们生活在一个巨大的三维宇宙中，但通过望远镜看到的天体看起来是平坦的，因为一切都太遥远了。现在，天文学家首次测量了离我们最大和最近的椭圆星系之一M87的三维形状。这个星系原来是“三轴”或马铃薯形的。这种立体视觉是通过结合美国宇航局哈勃太空望远镜和夏威夷毛纳基亚的地面W.M.凯克天文台的力量而实现的。

在大多数情况下，天文学家必须利用他们的直觉来弄清楚深空物体的真实形状。例如，被称为“椭圆”的整类巨大星系看起来像图片中的斑点。确定巨型椭圆星系的真实形状将有助于天文学家更好地了解大星系及其中心大黑洞是如何形成的。

科学家通过测量围绕银河系超大质量中心黑洞的恒星的运动来制作3D图。恒星运动被用来提供对星系形状及其旋转的新见解，并且还产生了对黑洞质量的新测量。跟踪恒星的速度和位置使研究人员能够建立星系的三维视图。

加州大学伯克利分校的天文学家能够高精度地确定银河系核心黑洞的质量，估计其质量是太阳质量的5亿倍。 哈勃望远镜在4年首次测量M1995黑洞的质量为87亿太阳质量，天文学家通过计时黑洞周围旋转的气体的速度来推断出这一点。当地基望远镜的国际合作事件视界望远镜在2年发布同一黑洞的第一张图像时，其漆黑的事件视界的大小使研究人员能够使用爱因斯坦的广义相对论计算出4亿太阳质量的质量。

M87的立体模型和中心黑洞更精确的质量可以帮助天体物理学家了解黑洞的旋转速率。“现在我们知道M87中恒星净旋转的方向，并且有更新的黑洞质量，我们可以将这些信息与事件视界望远镜的数据结合起来，以限制自旋，”加州大学伯克利分校首席研究员Chung-Pei Ma说。

M87的质量是银河系的十倍以上，可能是由许多其他星系合并而成的。这可能就是M87的中心黑洞如此之大的原因——它吸收了它吞噬的一个或多个星系的中心黑洞。

Ma与加州大学伯克利分校的研究生Emily Liepold(发表在Astrophysical Journal Letters上的论文的主要作者)和德克萨斯A&M大学的Jonelle Walsh一起能够确定M3的87D形状，这要归功于安装在Keck II望远镜上的新型精密仪器。他们将凯克指向银河系的62个相邻位置，绘制出大约70，000光年范围内的恒星光谱。这个区域横跨中心3光年，那里的引力主要由超大质量黑洞主导。虽然由于M000的距离很远，望远镜无法分辨单个恒星，但光谱可以揭示速度范围，以计算它们正在运行的物体的质量。

“这有点像看着一群100亿只蜜蜂，”马云说。“虽然我们从远处观察它们，无法辨别单个蜜蜂，但我们得到了关于它们集体速度的非常详细的信息。

研究人员获取了2020年至2022年之间的数据，以及哈勃望远镜M87的早期恒星亮度测量结果，并将其与恒星如何围绕三轴形星系中心移动的计算机模型预测进行了比较。这些数据的最佳拟合使他们能够计算黑洞的质量。“了解'蜂群'的3D形状使我们能够获得更强大的动态测量，控制蜜蜂轨道速度的中心黑洞的质量，”马说。

在1920年代，天文学家埃德温·哈勃首次根据星系的形状对星系进行分类。平面盘螺旋星系可以从天空的各种投影角度观察：正面，倾斜或边缘。但是，“看起来很像”的星系更难描述。哈勃提出了椭圆机这个词。它们只能通过椭圆度有多大来分类。它们内部没有任何明显的灰尘或气体，以便更好地区分它们。现在，一个世纪后，天文学家对一个典型的椭圆星系进行了立体观察。