第一张银河系全天三维尘埃消光特征图发布

3月14日，德国马克斯·普朗克研究所的中国博士生张翔宇和他的导师Gregory以封面文章的形式发表。 一项由Green合作完成的研究成果。

结合郭守望眼镜，中国科学院国家天文台。（LAMOST）欧洲航天局的数据和亚卫星的数据，研究人员的培训模型，建立了世界上第一个亿级行星消光数据库，并发布了银河系第一个覆盖全天的三维灰尘消光特征图。本研究完成了银河系三维灰尘分布与消光曲线的同步测绘，为天文观测提供了重要参考。

研究者们表示，新观察的消光分布特征挑战了传统的尘埃进化理论，或许预示着某种星际有机物的“生长”机制。

难以解决“消光”偏差

光学天文设备是科学家探索宇宙的重要工具。科学家可以通过使用光学望远镜等设施来捕捉遥远天体的光线，从而获得各种关于这些天体的数据，包括位置和运动、温度和亮度、化学成分和结构。

然而，星际介质的出现会影响这些数据的真实性，就像隔着一层薄纱看风景一样。每个人收到的光信息总是偏离星体的真实情况。星际介质是存在于行星之间的物质和能量的总称，大多数比氢和氦重的元素以固体颗粒-灰尘的形式存在。

这些灰尘吸收并透射星光，使星星看起来更暗更红。这种情况被称为“消光效应”。张翔宇告诉《中国科学报》，在观察天文学时，通常需要纠正消光效应，通过反向推送获得星体的具体情况。

不同波长的光有不同的消光效果。一般蓝光的消光比红光高。随着光线的波长变化，消光的特点被称为“消光曲线”。“消光曲线是精确天文观测的必需品，也是研究灰尘大小、成分等物理和化学性质以及星际介质环境的关键观测量。”张翔宇说。

然而，多年来，传统的尘埃研究陷入了两难境地。一方面，高精度光谱巡天数据往往无法覆盖全天，很难将尘埃纳入银河系演化框架进行考虑；另一方面，依靠全天测光观察，很难捕捉到消光曲线的变化。这使得科学家有时只能依靠“全银河系的尘埃消光曲线相同”的假设进行研究，为宇宙学、系外行星等研究埋下系统误差的隐患。

得益于“光谱之首”的独特优势

为了消除上述假设埋下的“雷声”，科学家们的新方法是在尽可能大的行星样本量中获得更丰富的数据集来训练和验证模型，从而提高模型预测的准确性和可靠性。这样，即使是观测条件差或难以直接测量的行星，也可以根据现有方法计算出更准确的消光曲线。

在这项研究中，研究人员将LAMOST测定的精确行星参数称为“光谱第一”，与盖亚卫星的低分辨率光谱巡天数据联系起来，最终实现了1.3亿个行星消光曲线和行星参数的反向推动，构建了银河系三维尘埃消光特征图，覆盖全天，深度可达16308光年左右。

由于LAMOST的独特优势，这一里程碑式成果的获得。张翔宇说，LAMOST的大视场多目标光谱获取能力使研究人员获得了大量位于中高消光区域的银盘恒星的精确参数。与此同时，LAMOST的观测数据一般涵盖了多种行星类型，使得1亿多颗具有低分辨率光谱的行星可以依托LAMOST数据训练模型使用，大大扩大了尘埃图的广度和深度。

据了解，这一突破性成果将目前检测到的银河系恒星数量增加了两个数量级，建成了世界上第一个“亿级行星消光数据库”，第一次完成了银河系三维尘埃分布与消光曲线的全天同步测绘。

拨开星际介质“迷雾”

在银河系中，星际介质是物质循环的重要组成部分，也是太阳等行星的诞生地。

据研究人员介绍，该研究建立的三维灰尘立体图覆盖了巨大的空间尺度，将灰尘理化性质纳入银河系进化的大框架，揭示了灰尘性质与恒星形成和银河系结构的密切关系。银河系中恒星形成的区域消光曲线更加平整，揭示了该区域灰尘颗粒生长聚集产生更大灰尘的过程，而银河系中心角度的消光曲线更加陡峭，说明该区域可能出现的特殊物理化学环境导致灰尘颗粒普遍较小。

传统理论认为，离尘埃云中心区域越近，尘埃密度越高，尘粒就会因吸积、聚集等机制而“生长”，导致尘埃的消光效应逐渐与波长无关，消光曲线也越来越平坦。

利用银河系三维尘埃分布和消光曲线，他们发现了一个完全不同的现象:在一些尘埃云周围，尘埃密度越高，消光曲线越陡——蓝光比红光吸收和透射得更多。

“这挑战了基于传统理论的认知。”对此，张翔宇认为，这可能暗示了一种星际有机物——稠环芳烃的某种“生长”机制。

在相关专家看来，新发布的三维灰尘消光特征图为研究灰尘和银河系打开了一个全新的窗口，不仅为天文观测提供了重要参考，也为研究星体化学、恒星形成、银河系碳循环、生命起源等问题提供了全新的视角。

有关论文信息：http://doi.org/10.1126/science.ado9787

(原标题为《银河系全天三维尘埃消光特征图》)

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