記者從中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)獲悉，基於該臺(tái)建設(shè)運(yùn)行的大科學(xué)裝置郭守敬望遠(yuǎn)鏡(大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡，英文縮寫LAMOST)海量巡天數(shù)據(jù)，天文學(xué)家最新構(gòu)建世界上第一個(gè)億星級(jí)消光數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)布首幅覆蓋全天的銀河系三維塵埃消光特性圖，並首次實(shí)現(xiàn)銀河系三維塵埃分布與消光曲線的同步測(cè)繪。
這項(xiàng)重要天文學(xué)研究成果，由德國(guó)馬克斯·普朗克研究所的中國(guó)博士研究生張翔宇與其導(dǎo)師格雷戈里·格林(Gregory Green)博士合作完成，相關(guān)論文北京時(shí)間3月14日凌晨在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》以封面文章形式在線發(fā)表。
他們利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡獲取銀河系多種恆星的精確參數(shù)結(jié)合歐洲空間局蓋亞(Gaia)衛(wèi)星獲取的數(shù)據(jù)，構(gòu)建訓(xùn)練模型，研究獲得本項(xiàng)重要成果。其中，新觀測(cè)的消光分布特徵挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的星際塵埃演化理論，這或許暗示著星際有機(jī)物的某種「生長(zhǎng)」機(jī)制。
傳統(tǒng)研究長(zhǎng)期面臨兩難困境
張翔宇介紹說(shuō)，星際介質(zhì)是存在於恆星之間空間中的物質(zhì)和能量的統(tǒng)稱，是銀河系中物質(zhì)循環(huán)的重要一環(huán)，也是太陽(yáng)等恆星的「誕生地」。星際介質(zhì)中大部分比氫和氦更重的元素都以固體小顆?！獕m埃的形式存在。星際塵埃會(huì)吸收和散射星光，使得遠(yuǎn)處的星顯得更暗、更紅，這種現(xiàn)象被稱為「消光效應(yīng)」，大部分的天文觀測(cè)都需要進(jìn)行消光矯正。
不過(guò)，傳統(tǒng)的星際塵埃研究長(zhǎng)期面臨兩難困境：高精度光譜巡天數(shù)據(jù)，往往不能覆蓋全天，難以將塵埃納入銀河系演化的框架來(lái)考慮；而依靠測(cè)光的全天觀測(cè)，又很難捕捉消光曲線的變化。這就給宇宙學(xué)、系外行星等研究埋下系統(tǒng)性誤差的隱患。
得益於郭守敬望遠(yuǎn)鏡獨(dú)特優(yōu)勢(shì)
在本項(xiàng)研究中，張翔宇將被譽(yù)為「光譜之王」的郭守敬望遠(yuǎn)鏡的精確恆星參數(shù)，與蓋亞衛(wèi)星低分辨率光譜巡天聯(lián)繫起來(lái)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)1.3億顆恆星消光曲線和恆星參數(shù)的同時(shí)反推，構(gòu)建出首幅覆蓋全天的、深度可達(dá)16308光年左右的銀河系三維塵埃消光曲線特性分布圖。
這一里程碑式成果得益於郭守敬望遠(yuǎn)鏡的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：一是大視場(chǎng)多目標(biāo)光譜獲取能力，使研究者獲得了大量銀盤內(nèi)的處?kù)吨?、高消光區(qū)恆星的準(zhǔn)確參數(shù)；二是觀測(cè)數(shù)據(jù)廣泛覆蓋多種恆星類型，使得依託郭守敬望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)訓(xùn)練的模型，可以被應(yīng)用於超過(guò)1億顆擁有低分辨率光譜的恆星，極大拓展了塵埃圖的廣度和深度。
恆星視線數(shù)提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)
張翔宇指出，這項(xiàng)突破性成果將迄今已測(cè)量的銀河系恆星視線數(shù)提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，其創(chuàng)建的三維星際塵埃立體圖覆蓋了巨大空間尺度，使得將星際塵埃理化性質(zhì)納入銀河系演化的大框架成為可能，揭示星際塵埃性質(zhì)與恆星形成、銀河繫結(jié)構(gòu)的緊密關(guān)聯(lián)。
本次研究發(fā)現(xiàn)，銀河系中的恆星形成區(qū)的消光曲線更加平坦，揭示出該區(qū)域塵埃顆粒的生長(zhǎng)、聚合而形成更大星際塵埃的過(guò)程，而銀河系中心方向的消光曲線卻更加陡峭，顯示該區(qū)域可能存在的特殊物理、化學(xué)環(huán)境致使星際塵埃顆粒普遍較小，為天體化學(xué)、星系演化等研究提供了重要目標(biāo)。
提供全新的角度與無(wú)限的可能
傳統(tǒng)理論認(rèn)為，越靠近星際塵埃雲(yún)中心的區(qū)域，塵埃密度越高，塵埃顆粒會(huì)由於吸積和聚合等機(jī)制「長(zhǎng)大」，導(dǎo)致塵埃的消光效應(yīng)逐漸與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，消光曲線也會(huì)越來(lái)越平坦。
以太陽(yáng)為中心、半徑8481光年以內(nèi)的銀盤上塵埃消光特性分布。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái) 供圖
然而，本次新觀測(cè)到的星際塵埃分布現(xiàn)象卻與上述傳統(tǒng)結(jié)論截然相反：在不少塵埃雲(yún)附近，隨著塵埃密度從較低上升到中等，消光曲線反而更「陡峭」。這挑戰(zhàn)了基於傳統(tǒng)理論的認(rèn)識(shí)，或許暗示一種星際有機(jī)物(稠環(huán)芳香烴)的某種「生長(zhǎng)」機(jī)制。
張翔宇表示，星際塵埃是地球等行星的「建築材料」，也是銀河化學(xué)演化的重要參與者和催化劑。此次新發(fā)布的銀河系三維塵埃消光特性圖打開(kāi)了一面全新的研究星際塵埃與銀河系的窗口，既為天文觀測(cè)提供重要參考，也給天體化學(xué)、恆星形成和銀河碳循環(huán)、生命起源等問(wèn)題的研究，提供了全新的角度與無(wú)限的可能。（中新社記者 孫自法)
頂圖：本次研究的星際塵埃藝術(shù)想象圖(Credit: OPENVERSE)。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái) 供圖
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