新成果挑战传统：银河系尘埃“生长”机制初现

德国马克斯·普朗克研究所的中国博士生张翔宇与其导师合作完成的一项重大科研成果。基于LAMOST数据和Gaia卫星数据，他们构建了亿星级消光数据库，发布了银河系三维尘埃消光规律图，该成果突破了传统尘埃研究困境，挑战了传统理论，为多个天文领域研究提供了新视角。

在3月14日，国际知名科学期刊《科学》以封面文章的形式，刊登了一项重大科研成果。这一成果是由德国马克斯·普朗克研究所的中国博士生张翔宇与其导师Gregory Green博士共同合作完成的。

研究人员依托国家天文台建设运行的大科学装置LAMOST，获取了银河系恒星的精确参数以及恒星类型的多样性信息。他们以LAMOST数据训练模型，并结合Gaia卫星获取的数据，构建了世界上第一个亿星级消光数据库。同时，发布了首幅覆盖全天的银河系三维尘埃消光规律图，首次实现了银河系三维尘埃分布与消光曲线的同步测绘。这一成果为天文观测提供了极为重要的参考依据。

这里展示的是星际尘埃示意图。星际介质是存在于恒星之间空间中的物质和能量的统称，它是银河系中物质循环的重要一环，更是太阳等恒星的“诞生地”。在星际介质中，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。而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”(Extinction)。在大部分的天文观测中，都需要进行消光矫正。

消光对不同波长的光呈现出不同的效果，一般来说，蓝光的消光高于红光。消光随光的波长变化的特征（即消光曲线），不仅是精确天文观测所必需的，也是研究尘埃的理化性质（如尺寸、成分）和星际介质环境（如温度、磁场）的关键观测量。然而，传统的尘埃研究长期处于两难境地。高精度光谱巡天数据虽然能提供较为准确的信息，但往往不能覆盖全天，这就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，又很难捕捉到消光曲线的变化。因此，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，这无疑给宇宙学、系外行星等研究埋下了系统性误差的隐患。

而发表在《科学》上的这项工作成功突破了这一困境。张翔宇将“光谱之王”LAMOST测定的精确恒星参数，与Gaia卫星低分辨率光谱巡天相结合，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规律分布图。

这一具有里程碑意义的成果得益于LAMOST的独特优势。LAMOST具备大视场多目标光谱获取能力，这使得研究者能够获得大量银盘内处于中、高消光区恒星的准确参数。而且LAMOST观测数据广泛覆盖了多种恒星类型，依托这些数据训练的模型可以应用于超过1亿颗拥有低分辨率光谱的恒星，极大地拓展了尘埃图的广度和深度。

这项突破性成果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，还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的空间尺度，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、银河系结构之间的紧密关联。如图二所示，研究者发现，银河系中的恒星形成区的消光曲线更加平坦，这揭示出该区域尘埃颗粒通过生长、聚合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特殊的物理、化学环境，致使尘埃颗粒普遍较小。这为天体化学、星系演化等研究提供了重要目标。

以太阳为中心，半径2.6 kpc (8481光年) 以内的银盘上尘埃消光特性分布情况中，银河系中心的方向如箭头所示。由参数R(V)表示消光曲线的特征，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，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。

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。但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。这一现象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。

尘埃是地球等行星的“建筑材料”，也是银河化学演化的重要参与者和催化剂。新发布的三维尘埃消光特性图为研究尘埃与银河系打开了一扇全新的窗口，它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。

张翔宇与其导师合作的科研成果构建了亿星级消光数据库，发布银河系三维尘埃消光规律图，突破传统研究困境，揭示了尘埃性质与银河系结构等的关联，挑战了传统理论，为天文多领域研究提供了新视角和可能性。