記者從中國科學院國家天文台獲悉，基於該台建設運行的大科學裝置郭守敬望遠鏡(大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，英文縮寫LAMOST)海量巡天數據，天文學家最新構建世界上第一個億星級消光數據庫，發布首幅覆蓋全天的銀河系三維塵埃消光特性圖，並首次實現銀河系三維塵埃分布與消光曲線的同步測繪。
這項重要天文學研究成果，由德國馬克斯·普朗克研究所的中國博士研究生張翔宇與其導師格雷戈里·格林(Gregory Green)博士合作完成，相關論文北京時間3月14日凌晨在國際知名學術期刊《科學》以封面文章形式在線發表。
他們利用郭守敬望遠鏡獲取銀河系多種恆星的精確參數結合歐洲空間局蓋亞(Gaia)衛星獲取的數據，構建訓練模型，研究獲得本項重要成果。其中，新觀測的消光分布特徵挑戰了傳統的星際塵埃演化理論，這或許暗示着星際有機物的某種「生長」機制。
傳統研究長期面臨兩難困境
張翔宇介紹說，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。星際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。
不過，傳統的星際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。這就給宇宙學、系外行星等研究埋下系統性誤差的隱患。
得益於郭守敬望遠鏡獨特優勢
在本項研究中，張翔宇將被譽為「光譜之王」的郭守敬望遠鏡的精確恆星參數，與蓋亞衛星低分辨率光譜巡天聯繫起來，最終實現對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鏡的獨特優勢：一是大視場多目標光譜獲取能力，使研究者獲得了大量銀盤內的處於中、高消光區恆星的準確參數；二是觀測數據廣泛覆蓋多種恆星類型，使得依託郭守敬望遠鏡數據訓練的模型，可以被應用於超過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。
恆星視線數提高了兩個數量級
張翔宇指出，這項突破性成果將迄今已測量的銀河系恆星視線數提高了兩個數量級，其創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納入銀河系演化的大框架成為可能，揭示星際塵埃性質與恆星形成、銀河繫結構的緊密關聯。
本次研究發現，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的生長、聚合而形成更大星際塵埃的過程，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、化學環境致使星際塵埃顆粒普遍較小，為天體化學、星系演化等研究提供了重要目標。
提供全新的角度與無限的可能
傳統理論認為，越靠近星際塵埃雲中心的區域，塵埃密度越高，塵埃顆粒會由於吸積和聚合等機制「長大」，導致塵埃的消光效應逐漸與波長無關，消光曲線也會越來越平坦。
以太陽為中心、半徑8481光年以內的銀盤上塵埃消光特性分布。中國科學院國家天文台 供圖
然而，本次新觀測到的星際塵埃分布現象卻與上述傳統結論截然相反：在不少塵埃雲附近，隨着塵埃密度從較低上升到中等，消光曲線反而更「陡峭」。這挑戰了基於傳統理論的認識，或許暗示一種星際有機物(稠環芳香烴)的某種「生長」機制。
張翔宇表示，星際塵埃是地球等行星的「建築材料」，也是銀河化學演化的重要參與者和催化劑。此次新發布的銀河系三維塵埃消光特性圖打開了一面全新的研究星際塵埃與銀河系的窗口，既為天文觀測提供重要參考，也給天體化學、恆星形成和銀河碳循環、生命起源等問題的研究，提供了全新的角度與無限的可能。（中新社記者 孫自法)
頂圖：本次研究的星際塵埃藝術想象圖(Credit: OPENVERSE)。中國科學院國家天文台 供圖
