中国博士生助力构建亿星级消光数据库，改写天文研究格局，新成果挑战传统理论，星际有机物“生长”机制初现端倪

中国科学院国家天文台参与的一项重大科研成果，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，依托国家天文台建设运行的大科学装置LAMOST和Gaia卫星数据，构建了世界上第一个亿星级消光数据库，发布首幅覆盖全天的银河系三维尘埃消光特性图，该成果突破传统研究困境，挑战了传统理论，为天文研究带来新视角。

这是一幅星际尘埃示意图，由中国科学院国家天文台供图。

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表了一项重大科研成果。该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博士合作完成的。研究人员基于国家天文台建设运行的大科学装置LAMOST获取的银河系恒星的精确参数和恒星类型多样性，依托LAMOST数据训练的模型，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，发布了首幅覆盖全天的银河系三维尘埃消光特性图。这一成果首次实现了银河系三维尘埃分布与消光曲线的同步测绘，为天文观测提供了极为重要的参考依据。而且，新观测到的消光分布特征对传统的尘埃演化理论提出了挑战，这或许暗示着星际有机物存在某种特殊的“生长”机制。

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环节，同时也是像太阳这样的恒星的“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。尘埃会对星光产生吸收和散射作用，从而使得远处的恒星看起来更暗、更红，这种现象被称为“消光效应”。在大部分的天文观测中，都需要对消光效应进行矫正。

消光对不同波长的光影响是不同的，通常情况下，蓝光的消光程度一般高于红光。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）以及星际介质环境（如温度、磁场）的关键观测指标。然而，传统的尘埃研究一直面临着两难的困境。高精度光谱巡天数据虽然精度高，但往往不能覆盖全天，这就使得难以将尘埃纳入银河系演化的大框架中来进行全面考虑；而依靠测光的全天观测，又很难捕捉到消光曲线的细微变化。这就导致天文学家在开展相关研究时，不得不做出全银河系的尘埃消光曲线都相同的假设，而这无疑给宇宙学、系外行星等研究埋下了系统性误差的隐患。

发表在《科学》上的这项研究工作成功突破了这一困境。张翔宇巧妙地将“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，这使得依托LAMOST数据训练的模型可以被应用于超过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，并且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，这使得将尘埃理化性质纳入银河系演化的大框架成为了可能。研究揭示了尘埃性质与恒星形成、银河系结构之间存在着紧密的关联。例如，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的特殊物理、化学环境致使尘埃颗粒普遍较小。这些发现为天体化学、星系演化等研究提供了重要的研究目标。

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。然而，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我们打开了一面全新的研究尘埃与银河系的窗口，它既为天文观测提供了重要参考，也为天体化学、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和无限的可能性。

本文介绍了张翔宇与其导师合作依托LAMOST和Gaia卫星数据构建亿星级消光数据库、发布银河系三维尘埃消光特性图的成果。该成果突破传统研究困境，实现银河系三维尘埃分布与消光曲线同步测绘，挑战传统理论，为天文多领域研究带来新视角和可能性。