宇宙微小尘埃，上演银河新歌剧

导读：

星际尘埃是弥漫在银河系中的固体小颗粒，其遮挡了平滑的星光带，吸收并散射背景光，导致遥远的恒星显得更暗淡、更红。

利用 1.3 亿颗恒星光谱，研究者绘制了这种尘埃消光特性的三维变化图，为天文观测提供了重要的修正参考。最新结果还挑战了传统的尘埃演化模型，并暗示着一种星际有机物在尘埃云中“生长”的可能性。

张翔宇 | 撰文

这项研究还揭示出星际尘埃和星系演化的紧密互动，挑战了对尘埃演化的传统认识，或许暗示着星际有机物的某种“生长”机制。

消光效应并非均匀作用于所有波长的光。蓝光比红光更容易被尘埃散射和吸收，因此我们观测到的星光往往呈现偏红的色调。这种随光的波长变化的消光特征 （消光曲线，Extinction Curve） ，如同星际尘埃的"指纹"，记录着尘埃颗粒的尺寸、成分，以及尘埃所在环境的温度、磁场等关键信息 [2 ] 。

一方面，尘埃固然增加了天文观测的复杂度，另一方面，尘埃也在星系的演化中扮演着重要作用。星际尘埃堪称宇宙的"建筑师"——在银河群星之间的星际介质 （Interstellar Medium） 中，大部分比氢和氦更重的元素都以尘埃的形式存在，尘埃是诸多化学反应的原材料和催化剂。另外，通过遮蔽致命的紫外辐射，尘埃还为复杂的星际分子提供屏障 （Sheilding） ，进而可能保护了生命形成的前序物质。

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，虽能提供细致的数据，但往往不能覆盖全天，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，虽然能获取大范围数据，却很难捕捉消光曲线的变化，这导致天文学家很多时候不得不假设“全银河的消光曲线形状都相同”，等于假设全银河的尘埃颗粒大小分布一致、化学成分相同。这种简化虽然便于研究，但可能引入系统性误差，给宇宙学、系外行星等研究埋下隐患。

德国马克斯普朗克天文研究所 的博士生张翔宇和导师Gregory M. Green将“光谱之王”——中国科学院国家天文台郭守敬望远镜 （LAMOST） 测定的精确恒星参数 [3, 4 ] ,与欧洲航空局的盖亚 （Gaia） 卫星低分辨率光谱 (XP Spectra, R~ 50–160) 巡天 [5- 7 ] 联系起来。

利用LAMOST和Gaia共同观测到的两百万颗星，我们训练神经网络模型，进而实现了利用低分辨率光谱对1.3亿颗恒星消光曲线和恒星参数的同时反推，构建出首幅覆盖全天的三维消光曲线分布图，深度可达5 kpc （约16308光年） 。

图一：以太阳为中心，半径2.6 kpc (8481光年) 以内的银盘上尘埃消光性质的分布，由参数R(V)表示。R(V)越大，代表消光曲线越平坦，R(V)越小代表消光曲线越陡峭。紫色的点代表O类恒星 [8] ，该恒星的富集区标志着活跃的恒星形成区，在图上往往拥有比较平坦的消光曲线。

这项成果创造了两个"第一"：

1.数据量级：将测量的视线数提升两个数量级，建成第一个亿星级的消光数据库；

2.空间解析：第一次实现覆盖全天的银河系三维尘埃分布（A (V) ）与消光曲线（R (V) ）的同步测绘。

这一里程碑式成果得益于LAMOST的独特优势：LAMOST的大视场多目标光谱获取能力，帮助我们获得了大量银盘内较高消光区的恒星的准确参数，LAMOST广泛覆盖了多种恒星，这使得从LAMOST数据训练出的模型可以被应用于超过1亿颗拥有GAIA XP光谱的恒星，极大地拓展了尘埃图的广度和深度。

这一结果还首次将尘埃性质纳入银河系演化的大框架，揭示尘埃性质与恒星形成、银河系结构演化的紧密关联。举例来说，恒星形成区的消光曲线更加平坦 （R(V)偏高） ，揭示出该区域尘埃颗粒的生长、聚合，而银河系中心方向的消光曲线却更加陡峭 （R(V)偏低） ，显示该区域可能存在的特殊物理、化学环境，有待进一步研究。

传统观念认为，越靠近尘埃云中心的区域，尘埃密度的越高，尘埃颗粒会越“长”越大，其消光曲线也会越来越平坦。但这与我们观测到的结果不完全一致，甚至在部分区域截然相反 （图二）