第一个银河系全天三维尘埃消光规律图发布

北京时间3月14日，《科学》以封面文章的形式发表了德国马克斯·普朗克研究所的中国博士生张翔宇和他的导师Gregory Green博士合作的一项研究成果。

基于中国科学院国家天文台建设运行的大型科学设备郭守敬望眼镜(LAMOST)银河系恒星的准确参数和行星类型的多样性，研究人员依靠LAMOST数据训练模型，结合Gaia卫星数据，建立了世界上第一个1亿星级消光数据库，发布了第一个银河系三维粉尘消光规则图，首次实现了银河系三维粉尘分布和消光曲线的同步测绘，为天文观测提供了重要参考。新观测的消光分布特征挑战了传统的粉尘进化理论，这可能表明星际有机物的某种“增长”机制。

星际介质是存在于行星之间空间的物质和能量的总称，是银河系物质循环的重要组成部分，也是太阳等恒星的“起源地”。星际介质中大多数比氢和氦更重的元素都以固体小颗粒尘埃的形式存在。灰尘会吸收和传递星光，使远处的星星看起来更暗、更红。这种情况被称为“消光效应”(Extinction)。因此，大多数天文观测都要进行消光矫正。

据研究人员介绍，消光对不同波长的光有所不同，蓝光的消光一般高于红光。消光随光波长变化的特点被称为“消光曲线”，这不仅是准确天文观测的必要条件，也是研究尘埃物理化学性质(尺寸、成分)和星际介质环境(温度、磁场)的关键观测量。

然而，传统的尘埃研究长期面临两难境地。一方面，高精度光谱巡天数据往往无法覆盖全天，难以将尘埃纳入银河系演化框架;另一方面，依靠测光的全天观察很难捕捉到消光曲线的变化。这使得科学家只能依靠“全银河系尘埃消光曲线相同”的假设进行研究，为宇宙学和系外行星的研究埋下系统性误差的隐患。

在最新发表的论文中，研究人员将被称为“光谱第一”的LAMOST测定的精确行星参数与Gaia卫星低分辨率光谱巡天相连，最终实现了1.3亿行星消光曲线和行星参数的反向推动，构建了第一个覆盖全天、深度约16308光年的银河系三维粉尘消光曲线规则布局。

这一里程碑式的结果是由于LAMOST的独特优势。研究人员表示，LAMOST大视场多目标光谱获取能力使研究人员获得了大量银盘中高消光区恒星的精确参数。LAMOST观测数据一般涵盖多种行星类型，促使依靠LAMOST数据训练模型可应用于1亿多个低分辨率光谱行星，大大扩大了尘埃图的广度和深度。

这一突破性结果将银河系行星的视野提高了两个数量级，建成了世界上第一个1亿星级的消光数据库，首次完成了银河系三维粉尘分布与消光曲线的同步测绘。

该结果建立的三维粉尘三维图覆盖了巨大的空间尺度，有可能将粉尘的物理和化学性质纳入银河系演化的大框架，揭示了粉尘的性质与恒星的形成和银河系结构密切相关。

研究人员发现，银河系恒星形成区域消光曲线更加平坦，揭示了灰尘颗粒生长、聚集和产生更大灰尘的过程，银河系中心消光曲线更加陡峭，显示区域可能出现特殊的物理化学环境导致灰尘颗粒一般较小，为星化学、星演化提供了重要目标。

传统理论认为，离尘埃云中心越近，尘埃密度越高，由于吸积和聚集机制，尘埃颗粒会“生长”，导致尘埃的消光效应逐渐与波长无关，消光曲线也会越来越平坦。研究人员新观察到的尘埃分布现象与上述传统结论完全不同。在许多尘埃云周围，随着尘埃密度从低到中等，消光曲线更加“陡峭”。

这挑战了基于传统理论的认知。在这方面，研究人员认为，这可能意味着一种星际有机物(稠环芳烃，PAH)某种“成长”机制。

尘埃是地球和其他行星的“建筑材料”，也是银河化学演变的重要参与者和催化剂。新发布的三维粉尘消光特征图为粉尘和银河系的研究打开了一个新的窗口，不仅为天文观测提供了重要的参考，而且为星体化学、恒星形成、银河碳循环、生命起源等问题的研究提供了新的视角和无限的可能性。