郭守敬望远镜上新！世界首幅银河三维尘埃图登上《科学》封面

北京时间3月14日，国际科学期刊《科学》以封面文章的形式发布了首幅覆盖全天的银河系三维尘埃消光特性图。由新观测所获得的消光分布特征对传统尘埃演化理论提出了挑战，甚至还暗示了星际有机物的某种“生长”机制。

这项重大成果由德国马克斯·普朗克研究所的中国博士生张翔宇与其导师格雷戈里·格林博士合作完成。基于国家天文台建设运行的大科学装置郭守敬望远镜（LAMOST）获取的银河系恒星的精确参数和恒星类型多样性，他们依托LAMOST数据训练的模型，结合盖亚卫星获取的数据，构建了世界上第一个亿星级消光数据库，首次实现了银河系三维尘埃分布与消光曲线的同步测绘，为天文观测提供了重要参考。

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，它们是地球等行星的“建筑材料”，也是银河化学演化的重要参与者和催化剂。

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”。大部分天文观测都需要进行消光矫正。消光随光的波长变化的特征（消光曲线）既是精确天文观测的必需，也是研究尘埃和星际介质环境的关键观测量。

然而，传统的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。这导致天文学家在开展相关研究时不得不假设全银河系的尘埃消光曲线都相同。这就给宇宙学、系外行星等研究埋下系统性误差的隐患。

这项发表在《科学》的工作突破了这一困境。张翔宇将“光谱之王”LAMOST测定的精确恒星参数，与盖亚卫星低分辨率光谱巡天联系起来，最终实现了对1.3亿颗恒星消光曲线和恒星参数的同时反推，构建出了首幅覆盖全天的、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LAMOST的独特优势，将迄今已测量的银河系恒星视线数提高了两个数量级，建成了迄今世界上第一个亿星级的消光数据库，并第一次实现了银河系三维尘埃分布与消光曲线的同步测绘。

该成果创建的三维尘埃立体图覆盖了巨大空间尺度，使得将尘埃理化性质纳入银河系演化的大框架成为可能，揭示了尘埃性质与恒星形成、银河系结构的紧密关联。

研究者发现，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正经历生长、聚合，从而形成更大尘埃的过程，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。

传统理论认为，越靠近尘埃云中心的区域，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。

而研究人员新观测到的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”了。这挑战了基于传统理论的认识。研究人员认为，这或许暗示了一种星际有机物（稠环芳香烃，PAH）的某种“生长”机制。

新发布的三维尘埃消光特性图打开了一面全新的研究尘埃与银河系的窗口，既为天文观测提供了重要参考，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。