旋涡星系最显著的观测特征就是包含精美的旋臂结构（如图1：风车星系M101）。旋臂的结构特征包含了旋涡星系形成和演化过程中的众多未解之谜。今天，我们有足够的证据表明，银河系是一个包含着多条旋臂结构的巨型旋涡星系。但是，由于太阳身处银河系的中心盘面上，银盘上众多气体和尘埃的消光效应使得银河系旋臂结构性质的测量困难重重。

图1：风车星系M101

　　近日，来自“宇宙统计学倡议”（COIN）组织的科学家们发表一项成果，发现了银河系一条旋臂中生成了一个此前从未被发现的新结构——一批年轻的恒星和正在形成的气体云从银河系的一条旋臂中伸出来，就像从木板上戳出了一根刺。该特征绵延约3000光年，这是至今发现的首个方向与旋臂方向有巨大差异的主要结构。

　　天文学家们通过测量恒星运动和模拟计算能间接推知出银河系的旋臂结构、数目和大小，但仍然存在诸多未知，例如旋臂周围是否存在其它结构、在这些结构中藏有什么秘密等。为了解更多有关银河系旋臂的信息，来自COIN倡议组织的科学家们对银河系人马座臂临近区域进行了数据深度挖掘型研究。

揭示了新特征的组成

　　银河系的每条旋臂都由众多恒星和星云组成。为了获得旋臂的三维结构，天文学家们使用盖亚天文卫星（GAIA）最新发布的数据来测量恒星到地球的精确距离。加州大学欧文分校的天体物理学家和信息学讲师、GAIA数据处理和分析联盟（DPAC）的成员阿尔贝托·克洛内-马丁斯说：“距离是天文学中最难测量的参数之一。只有依据GAIA的最新数据，直接准确测量出恒星的距离，使得这个新结构明显地呈现出来。”

　　数据挖掘结果表明，新发现的结构中的恒星可能于同一时间、在同一天区诞生，并受到银河系内作用力的影响，包括引力和银河系旋转造成的剪切效应。

图2：天文学家们在银河系中发现了一个新结构，以一个突出的角度从人马座旋臂中延伸出来，其中包含许多著名的天体，如鹰状星云、欧米伽星云、三叶星云和礁湖星云。图片来源：NASA/JPL-Caltech

揭示了银河系旋臂缠绕的程度

　　在这项研究中，天文学家还深度挖掘了由斯皮策望远镜GLIMPSE巡天发现的SPICY星表中所包含的十多万颗新生恒星。加州理工学院的天体物理学家迈克尔·库恩说：“旋臂的螺旋角可以衡量旋臂缠绕的松紧程度。简单来说，一个圆圈的螺旋角为0度；随着旋臂变得更加开放，螺旋角也会增加。银河系的大多数模型表明，人马座臂的螺旋角约为12度，但新结构对应的螺旋角接近60度。”

　　天文学家在其它旋涡星系的旋臂附近也发现了类似的结构，有时将其称作“马刺”或“羽毛”。几十年来，天文学家们一直在探究银河系旋臂上是否也存在类似的结构。现在，这个新特征的发现为银河系旋臂上存在类似结果提供了强有力的证据。

　　“这提醒我们，关于银河系的大尺度结构，还有许多不确定性。如果我们想了解更大图景，必须关注细节。”威斯康星大学白水分校的天体物理学家、GLIMPSE巡天的主要研究人员罗伯特-本杰明说，“这个结构只是银河系的一小块区域，但它可以展现关于整个银河系的部分重要信息。”

　　“这项数据深度挖掘型研究是个跨学科合作的典型项目，综合了来自不同领域和学术背景的研究人员的技能，每个人都为天文数据分析提供了一个独特的视角。这也是COIN的目标之一”。上海天文台副教授、COIN主席拉斐尔·德·苏扎说。

　　COIN是一项全球性的合作倡议，旨在围绕由大数据驱动的天文学问题，创建一个跨学科的社区。COIN的科学家们广泛地将主动学习应用于超新星宇宙学、探测宇宙空洞和发现Gaia-COIN疏散星团等科学问题。这种跨学科和多样性交叉的研究方式有助于将数据转化为更多创造性的科学发现。