首個銀河三維塵埃圖發佈

本報北京3月14日電（記者齊芳） 基於我國大科學裝置郭守敬望遠鏡和歐洲航天局研製升空的蓋亞空間望遠鏡，天文學家構建了世界上第一個億星級消光數據庫併發布了首幅覆蓋全天的銀河系三維塵埃消光特性圖，首次實現了銀河系三維塵埃分佈與消光曲線的同步測繪。14日，這一成果以封面文章的形式發表在國際學術期刊《科學》上。

這一成果由德國馬克斯·普朗克研究所的中國博士生張翔宇與其導師格里高利·格雷合作完成，不僅為天文觀測提供了重要參考，新觀測的消光分佈特徵還挑戰了傳統的塵埃演化理論，或許暗示着星際有機物的某種“生長”機制。

星際介質是存在於恆星之間空間中的物質和能量的統稱，是銀河系中物質循環的重要一環，也是太陽等恆星的“誕生地”。星際介質中大部分比氫和氦更重的元素都以固體小顆粒——塵埃的形式存在。塵埃會吸收和散射星光，使得遠處的星顯得更暗、更紅，這種現象被稱為“消光效應”。

大部分的天文觀測都需要進行消光矯正。消光對不同波長的光是不同的，但傳統的塵埃研究長期面臨兩難困境：高精度光譜巡天數據，往往不能覆蓋全天，難以將塵埃納入銀河系演化的框架來考慮；而依靠測光的全天觀測，又很難捕捉消光曲線的變化。這導致天文學家在開展相關研究時不得不假設：全銀河系的塵埃消光曲線都相同。但這樣的假設給各類依賴天文觀測的研究埋下了系統性誤差的隱患。

此項成果突破了這一困境。張翔宇將郭守敬望遠鏡測定的精確恆星參數與蓋亞衞星低分辨率光譜巡天聯繫起來，最終實現了對1.3億顆恆星消光曲線和恆星參數的同時反推，構建出首幅覆蓋全天的、深度可達16308光年的銀河系三維塵埃消光特性圖。

這項突破性成果將迄今已有消光測量的銀河系恆星數提高了兩個數量級，建成了世界上第一個億星級的消光數據庫；第一次實現了銀河系三維塵埃分佈與消光曲線的同步測繪。

該成果創建的三維塵埃消光特性圖覆蓋了巨大空間尺度，使得將塵埃理化性質納入銀河系演化的大框架成為可能，揭示了塵埃性質與恆星形成、銀河系結構的緊密關聯。例如，研究者發現，銀河系中的恆星形成區的消光曲線更加平坦，揭示出該區域塵埃顆粒生長、聚合形成更大塵埃的過程，而銀河系中心方向的消光曲線卻更加陡峭，顯示該區域可能存在的特殊物理、化學環境致使塵埃顆粒普遍較小，為天體化學、星系演化等研究提供了重要目標。

這也對一些傳統理論提出挑戰。例如，傳統理論認為，越靠近塵埃雲中心的區域，塵埃密度越高，塵埃顆粒會通過吸積和聚合等機制“長大”，導致消光曲線越來越“平坦”。最新結果卻揭示了截然相反的現象：在不少塵埃雲附近，消光曲線反而更“陡峭”了。這可能與一種星際有機物（稠環芳香烴，PAH）的演化機制有關。

塵埃是銀河化學演化的重要參與者和催化劑，也是地球等行星的“建築材料”。新發布的三維塵埃消光特性圖打開了一面全新的研究塵埃與銀河系的窗口，既為天文觀測提供了重要參考，也給天體化學、恆星形成和銀河系碳循環、生命起源等問題的研究提供了全新的角度與更多的可能。