星際塵埃示意圖。中國科學院國家天文台供圖

人民網北京3月14日電 （記者趙竹青）記者從中國科學院國家天文台獲悉，北京時間3月14日，國際科學期刊《科學》以封面文章的形式發表了德國馬克斯·普朗克研究所的中國博士生張翔宇與其導師Gregory Green博士合作完成的一項重大成果。基於國家天文台建設運行的大科學裝置LAMOST獲取的銀河系恆星的精確參數和恆星類型多樣性，研究人員依托LAMOST數據訓練的模型，結合Gaia衛星獲取的數據，構建了世界上第一個億星級消光數據庫，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布與消光曲線的同步測繪，為天文觀測提供了重要參考。新觀測的消光分布特征挑戰了傳統的塵埃演化理論，這或許暗示著星際有機物的某種“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：藍光的消光一般高於紅光。消光隨光的波長變化的特征（消光曲線）既是精確天文觀測的必需，也是研究塵埃的理化性質（尺寸、成分）和星際介質環境（溫度、磁場）的關鍵觀測量。然而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。這就給宇宙學、系外行星等研究埋下系統性誤差的隱患。

這項發表在《科學》的工作突破了這一困境。張翔宇將“光譜之王”LAMOST測定的精確恆星參數，與Gaia衛星低分辨率光譜巡天聯系起來，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，構建出了首幅覆蓋全天的、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。

這一裡程碑式成果得益於LAMOST的獨特優勢：LAMOST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、高消光區恆星的准確參數，LAMOST觀測數據廣泛覆蓋了多種恆星類型，使得依托LAMOST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，極大地拓展了塵埃圖的廣度和深度。

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，建成了迄今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布與消光曲線的同步測繪。

該成果創建的三維塵埃立體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。如圖二所示，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的生長、聚合而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。

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。研究人員新觀測到的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，隨著塵埃密度從較低上升到中等，消光曲線反而更“陡峭”了。這挑戰了基於傳統理論的認識。研究人員認為，這或許暗示了一種星際有機物（稠環芳香烴，PAH）的某種“生長”機制。

塵埃是地球等行星的“建筑材料”，也是銀河化學演化的重要參與者和催化劑。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。

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