银河系尘埃详细地图

当我们观测遥远的天体时，可能会面临一个问题：我观察的那颗星星，真的像它看起来那么红吗？还是说这颗星星看起来只有红色，因为它的光线必须穿过一团宇宙尘埃才能到达我们的望远镜？为了准确观测，天文学家需要知道他们与遥远目标之间的尘埃量。尘埃不仅会使物体看起来更红（”变红”），还会使物体看起来比实际更暗（”灭绝”）。这就像我们通过一扇肮脏的窗户看向太空一样。现在，两位天文学家发布了一幅三维地图，详细记录了我们周围尘埃的特性，帮助我们理解所观察到的内容。

在这背后，幸运的是，在观察星星时，有一种方法可以重建尘埃的影响。宇宙尘埃颗粒在所有波长上并不均匀地吸收和散射光。相反，它们在较短波长（接近蓝色光谱端）处吸收光的力度更强，在较长波长（接近红色光谱端）处则吸收得较弱。这种波长依赖关系可以绘制成“灭绝曲线”，其形状提供了关于尘埃成分的信息，还可以了解其局部环境，例如星际空间各区域中辐射的数量和特性。

从1.3亿个光谱中提取尘埃信息

这是马克斯·普朗克天文学研究所（MPIA）博士生张向宇和独立研究组负责人（索非亚·科瓦列夫斯卡娅小组）格雷戈里·格林所使用的信息，他们帮助构建了迄今为止关于银河系尘埃特性的最详细三维地图。张和格林利用了来自欧洲航天局盖亚任务的数据，该任务耗时10.5年，旨在为我们银河系及邻近的麦哲伦云中的超过十亿颗星星获取极其精确的位置、运动和附加特性测量。盖亚任务的第三次数据发布（DR3）于2022年6月发布，提供了2.2亿个光谱，质量检查结果告诉张和格林，大约1.3亿个光谱适合他们的尘埃搜索工作。

盖亚光谱的分辨率较低，即其将光分离成不同波长区域的方式相对粗糙。这两位天文学家找到了一种解决这一局限性的方法：他们选定的星星中，1%具有由中国国家天文台操作的LAMOST调查提供的高分辨率光谱。这提供了关于相关星星基本特性（例如其表面温度）的可靠信息，这决定了天文学家所称的星星的“光谱类型”。

重建三维地图

张向宇和格林训练了一个神经网络来生成基于星星特性和介入尘埃特性的模型光谱。他们将结果与盖亚的1.3亿个适用光谱进行了比较，并使用统计（“贝叶斯”）技术推导出我们与这1.3亿颗星星之间的尘埃特性。

这些结果使天文学家们能够重建银河系尘埃的灭绝曲线的第一幅详细三维地图。这幅地图的绘制得益于张和格林对前所未有数量的星星（1.3亿颗）进行的灭绝曲线的测量，而之前的研究大约只包含100万次测量。

然而，尘埃不仅仅是天文学家的一个烦恼。它对恒星形成非常重要，这一过程发生在被尘埃保护的巨大气体云中免受周围辐射的影响。当恒星形成时，它们被气体和尘埃的盘环包围，这些是行星的诞生地。尘埃颗粒本身是最终形成像地球这样的固体行星的构件。实际上，在银河系的星际介质中，大多数重于氢和氦的元素都被锁定在星际尘埃颗粒中。

宇宙尘埃的意外特性

新的结果不仅生成了一幅准确的三维地图。它们还揭示了星际尘埃云的一个意外特性。之前，人们曾预测，在尘埃密度较高的区域，灭绝曲线应该变得平坦（对波长的依赖性降低）。“更高的密度”在这种情况下仍然很小：每立方米大约十亿亿分之一克的尘埃，相当于在地球半径的球体中只有10千克的尘埃。在这样的区域，尘埃颗粒往往会增加尺寸，从而改变整体的吸收特性。

相反，天文学家发现，在中等密度区域，灭绝曲线实际上变得更陡，较小波长的光被吸收得比较长波长的光有效得多。张向宇和格林推测，这种陡峭可能是由于一种被称为多环芳烃（PAHs）类别的分子产生的，该类分子是星际介质中最丰富的烃，甚至可能在生命的起源中发挥了作用。他们已经着手通过未来的观测来检验他们的假设。