银河系首幅首次!中国郭守敬望远镜巡天获重要天文成果

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中新网北京3月14日电 (记者 孙自法)记者从中国科学院国家天文台获悉，基于该台建设运行的大科学装置郭守敬望远镜(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜，英文缩写LAMOST)海量巡天数据，天文学家最新构建世界上第一个亿星级消光数据库，发布首幅覆盖全天的银河系三维尘埃消光特性图，并首次实现银河系三维尘埃分布与消光曲线的同步测绘。

这项重要天文学研究成果，由德国马克斯·普朗克研究所的中国博士研究生张翔宇与其导师格雷戈里·格林(Gregory Green)博士合作完成，相关论文北京时间3月14日凌晨在国际知名学术期刊《科学》以封面文章形式在线发表。



本次研究的星际尘埃艺术想象图(Credit: OPENVERSE)。中国科学院国家天文台 供图

他们利用郭守敬望远镜获取银河系多种恒星的精确参数结合欧洲空间局盖亚(Gaia)卫星获取的数据，构建训练模型，研究获得本项重要成果。其中，新观测的消光分布特征挑战了传统的星际尘埃演化理论，这或许暗示着星际有机物的某种“生长”机制。

传统研究长期面临两难困境

张翔宇介绍说，星际介质是存在于恒星之间空间中的物质和能量的统称，是银河系中物质循环的重要一环，也是太阳等恒星的“诞生地”。星际介质中大部分比氢和氦更重的元素都以固体小颗粒——尘埃的形式存在。星际尘埃会吸收和散射星光，使得远处的星显得更暗、更红，这种现象被称为“消光效应”，大部分的天文观测都需要进行消光矫正。

不过，传统的星际尘埃研究长期面临两难困境：高精度光谱巡天数据，往往不能覆盖全天，难以将尘埃纳入银河系演化的框架来考虑；而依靠测光的全天观测，又很难捕捉消光曲线的变化。这就给宇宙学、系外行星等研究埋下系统性误差的隐患。

得益于郭守敬望远镜独特优势

在本项研究中，张翔宇将被誉为“光谱之王”的郭守敬望远镜的精确恒星参数，与盖亚卫星低分辨率光谱巡天联系起来，最终实现对1.3亿颗恒星消光曲线和恒星参数的同时反推，构建出首幅覆盖全天的、深度可达16308光年左右的银河系三维尘埃消光曲线特性分布图。

这一里程碑式成果得益于郭守敬望远镜的独特优势：一是大视场多目标光谱获取能力，使研究者获得了大量银盘内的处于中、高消光区恒星的准确参数；二是观测数据广泛覆盖多种恒星类型，使得依托郭守敬望远镜数据训练的模型，可以被应用于超过1亿颗拥有低分辨率光谱的恒星，极大拓展了尘埃图的广度和深度。

恒星视线数提高了两个数量级

张翔宇指出，这项突破性成果将迄今已测量的银河系恒星视线数提高了两个数量级，其创建的三维星际尘埃立体图覆盖了巨大空间尺度，使得将星际尘埃理化性质纳入银河系演化的大框架成为可能，揭示星际尘埃性质与恒星形成、银河系结构的紧密关联。

本次研究发现，银河系中的恒星形成区的消光曲线更加平坦，揭示出该区域尘埃颗粒的生长、聚合而形成更大星际尘埃的过程，而银河系中心方向的消光曲线却更加陡峭，显示该区域可能存在的特殊物理、化学环境致使星际尘埃颗粒普遍较小，为天体化学、星系演化等研究提供了重要目标。

提供全新的角度与无限的可能

传统理论认为，越靠近星际尘埃云中心的区域，尘埃密度越高，尘埃颗粒会由于吸积和聚合等机制“长大”，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。



以太阳为中心、半径8481光年以内的银盘上尘埃消光特性分布。中国科学院国家天文台 供图

然而，本次新观测到的星际尘埃分布现象却与上述传统结论截然相反：在不少尘埃云附近，随着尘埃密度从较低上升到中等，消光曲线反而更“陡峭”。这挑战了基于传统理论的认识，或许暗示一种星际有机物(稠环芳香烃)的某种“生长”机制。

张翔宇表示，星际尘埃是地球等行星的“建筑材料”，也是银河化学演化的重要参与者和催化剂。此次新发布的银河系三维尘埃消光特性图打开了一面全新的研究星际尘埃与银河系的窗口，既为天文观测提供重要参考，也给天体化学、恒星形成和银河碳循环、生命起源等问题的研究，提供了全新的角度与无限的可能。(完)

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