银河系中尘埃的详细地图

快速阅读: 据《科学日报》最新报道，两位天文学家利用Gaia数据和神经网络生成了银河系尘埃属性的3D地图。他们克服了Gaia光谱分辨率低的限制，通过高分辨率光谱数据和统计学方法，测量了1.3亿颗恒星的消光曲线，发现星际尘埃云的意外特性，如多环芳烃分子可能影响消光曲线的陡峭程度。尘埃对恒星和行星形成具有重要意义。

当我们观测遥远天体时，可能会产生疑问：我正在观测的那颗恒星真的偏红吗？还是因为光线穿过宇宙尘埃云后显得偏红？为了确保观测的准确性，天文学家需要了解自己与遥远目标之间的尘埃量。尘埃不仅会让天体显得偏红（“红化”），还会让它们看起来更暗淡（“消光”）。这就像透过脏窗户向外看一样。

现在，两位天文学家发表了一张3D地图，详细记录了我们周围尘埃的特性，帮助我们更好地理解观测内容。这一成果的关键在于，幸运的是，当我们观测恒星时，有一种方法可以还原尘埃的影响。宇宙尘埃颗粒不会均匀吸收和散射所有波长的光。这种波长依赖性可用“消光曲线”表示，其形状不仅能反映尘埃成分，还能反映局部环境信息。

新成果不仅生成了精准的3D地图，还发现了星际尘埃云的意外特性。此前预计，高密度尘埃区域的消光曲线应更平缓。然而，天文学家发现，在中等密度区域，消光曲线反而更陡峭，较短波长的光比长波长的光吸收得更有效。张和格林推测，陡峭可能由一类分子增长引起，这类分子为多环芳烃（PAHs），是星际介质中最丰富的碳氢化合物，甚至可能在生命起源中发挥作用。他们已着手通过未来观测验证假设。

这就是中国科学院马克斯·普朗克天文研究所（MPIA）的博士生张翔宇及其导师、独立研究小组组长格雷戈里·格林（MPIA索非亚科瓦列夫斯卡亚小组成员）用来构建迄今最详尽银河系尘埃属性3D地图的信息。

Gaia的光谱分辨率较低，即它们分离光的不同波长区域的方式较为粗略。两位天文学家找到了克服此限制的方法：他们选择了1%的恒星，这些恒星拥有由中国国家天文台LAMOST巡天提供的高分辨率光谱，这为他们提供了这些恒星基本属性的可靠数据，如表面温度，这决定了天文学家所说的恒星“光谱类型”。

张和格林利用神经网络，根据恒星属性及中间尘埃属性生成模型光谱。他们将结果与Gaia提供的1.3亿条合适光谱进行对比，并采用统计学（贝叶斯）方法推断出我们与这1.3亿颗恒星间的尘埃属性。结果使天文学家得以重建银河系尘埃消光曲线的第一幅详细三维图。这张地图得以实现，是因为张和格林对1.3亿颗恒星（远超以往约1百万次测量）测量了消光曲线。

但尘埃不仅是天文学家的困扰。它对恒星形成至关重要，恒星形成于被尘埃屏蔽的巨型气体云中，避免周围辐射影响。当恒星形成时，它们周围环绕着气体和尘埃盘，行星就在这些盘中诞生。尘埃颗粒是最终构成类似地球等固体行星的材料。事实上，银河系星际介质中的大部分比氢和氦重的元素都锁定在星际尘埃颗粒中。

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