银河系的旋臂可能比想象中更远

我们生活在银河系里，却很难说清楚这个“家”到底长什么样。原因很简单：地球本身就嵌在银河系的一条旋臂之中，尘埃和气体又不断遮挡视线，想要看清整个银盘的结构，难度不亚于站在森林里画一张整片森林的地图。

最近，一个国际天文学家团队利用NASA的钱德拉X射线天文台（Chandra）和欧空局的XMM-牛顿（XMM-Newton）卫星，给出了一份关于银河系外侧旋臂位置的最新测量结果。相关论文于2026年发表在《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）期刊上。

XMM-牛顿与钱德拉望远镜修正外旋臂距离

图源：NASA/CXC/SAO/M.Weiss

结果显示，银河系最外侧的两条旋臂，“外臂”（Outer Arm）和“外斯科腾-半人马臂”（Outer Scutum-Centaurus arm，简称OSC臂），可能比此前认为的更远，部分区域的距离修正幅度达到约10%。

01

伽马射线暴的“回声”给尘埃测距

这次测量没有依赖传统的射电或红外观测，而是用了一种相当巧妙的几何方法，X射线光回声（light echo）。

伽马射线暴是宇宙中最剧烈的爆发现象之一，通常来自大质量恒星坍缩或中子星并合，这些事件发生在银河系之外极其遥远的地方。当伽马暴爆发出的X射线穿过银河系时，一部分光子会一路直奔地球，另一部分则会被路上的尘埃云散射，绕了远路才抵达探测器。散射光子因为走的路径更长，到达时间会有延迟，并且会在爆发源周围形成一圈圈逐渐扩大的X射线环。

这些环的直径大小，直接对应着散射尘埃云到我们的距离，环越大，说明产生散射的尘埃云离我们越近。研究团队将这种关系归纳为一个简单公式：

θ（角分）= 4.455 × √（Δt/天数 ÷ D/千秒差距）

其中Δt是直射光子和散射光子的到达时间差，D是尘埃云的距离。只要精确测出环的角直径随时间变化的规律，就能反推出尘埃云，也就是旋臂，所在的位置。

这个方法最大的优点在于：它完全基于几何关系，不需要借助银河系自转模型的假设。而以往测量银河系外侧结构最常用的方法，利用中性氢或一氧化碳的谱线速度进行“运动学测距”，恰恰依赖于自转曲线模型，而这些模型在银河系外围的不确定性会显著增大。这次研究的第一作者、意大利帕维亚高等研究院（IUSS Pavia）与特伦托大学联合培养博士生Beatrice Vaia指出，这种直接依靠几何关系的方法能够给出更加精确的旋臂距离测量。

02

—三次伽马暴，三条旋臂

研究团队分析了三次低银纬伽马射线暴留下的X射线光回声数据，分别对应银河系由内向外的三条旋臂：

GRB 031203（2003年12月探测到）对应英仙臂（Perseus Arm）方向；

GRB 160623A（2016年6月探测到）同时穿过英仙臂和外臂，新识别出两个此前未发现的尘埃环，对应距离分别约为6.9千秒差距和9.9千秒差距；

GRB 221009A（2022年10月探测到，是有记录以来最亮的伽马暴）信号最强，让研究团队得以一路追踪到外臂（约13.9千秒差距）乃至更远的OSC臂，后者的测量距离达到19.0±0.2千秒差距。

综合三条视线方向的数据，研究发现外臂和OSC臂的实际距离都比此前基于自转曲线模型的预测更远，偏差大约在10%左右。论文合著者Ilaria Fornasiero解释，这样的差异虽然数值不大，却牵一发而动全身因为旋臂的距离是理解整个银河系结构的基础参数之一，包括银河系质量的估算，都可能因此需要重新评估。

值得一提的是，团队还利用尘埃环的宽度反推出OSC臂中一片尘埃云的物理尺度，约为3500光年宽，这说明测得的信号来自旋臂本身较大范围的尘埃分布，而不是某个孤立的小尘埃团块偶然造成的误差。

03

—精度提升的代价：样本太少

这种方法虽然精度极高，论文中部分测量的相对误差已经缩小到百分之几的水平，比以往基于水脉泽视差等方法的测量精度提升了一个数量级以上，但也有明显的局限：能够产生足够亮、且方向合适（靠近银道面）的伽马射线暴非常稀少。

论文合著者、IUSS Pavia的Andrea Tiengo坦言，团队实际上是在“守株待兔”，过去25年间，能用于这类分析的合适事件也只有寥寥几个。不过他也表示，团队会持续关注新的爆发事件，期待未来能捕捉到更多可用样本。

据NASA介绍，未来一代的X射线天文台，例如AXIS和New Athena，凭借更高的灵敏度，有望系统性地开展伽马暴后随观测，从而扩大可用于绘制银河系尘埃分布的X射线环样本，与光学、红外波段的三维尘埃图（包括未来盖亚数据和南希·格雷斯·罗曼空间望远镜的银道面巡天）形成互补。

写在最后，我们对银河系的认知，某种程度上很像“盲人摸象”，即使身处其中，依然要靠间接的手段一点点拼凑出全貌。这次借助遥远宇宙深处伽马射线暴的“回声”来给近邻旋臂测距，是一次颇具诗意的巧合：越遥远的宇宙事件，反而帮我们看清了越靠近自己的家园。

随着更多伽马射线暴被观测到，银河系旋臂的地图或许还会继续被改写。

参考

[1]https://chandra.si.edu/press/26_releases/press_070126.html

[2]https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2026/06/aa57431-25/aa57431-25.html

[3]https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/XMM-Newton/XMM-Newton_helps_revise_distance_to_outer_spiral_arms

[4]https://science.nasa.gov/missions/chandra/nasas-chandra-examines-milky-way-at-arms-length/