太空星塵的3D圖

知識 03-31

你可以認為地球只是個巨大的宇宙塵埃兔寶寶——一堆爆炸恆星的殘骸結合到一起。我們這些地球上的生靈儘管具有十分複雜的化學結構，本質上也只是星塵組成的小塊。

太空星塵的3D圖
暗部區域為十分稠密的星塵。星塵使得紅色的恆星看起來更紅，藍色恆星在星雲的前方。該圖片是南方銀道面巡天觀測的一部分。

由於外太空布滿了塵埃，天文學家和天體物理學家想要跨越宇宙看到更深處或者深入銀河系中心了解更多銀河系的結構、形成和演化都十分困難。

創建更好的星塵地圖

現在，由能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)哈勃物理系的哈勃研究員Edward F.Schlafly領導的新研究提出了一個詳細的銀河係數千光年範圍內的3D星塵地圖。該研究已於3月22日發表在天體物理學雜誌上。

該地圖對於暗能量光譜儀器(DESI)十分重要，DESI是由伯克利實驗室主導的，目的在於測量宇宙加速膨脹速率，將在2019年啟動。DESI對超過3千萬遙遠星系創建地圖，但如果忽略星塵的影響地圖將會扭曲失真。

Schlafly說道：「我們看到的遙遠星系的光已經是數十億年前發出的了。但在距我們數千年的位置一部分光被我們星系的星塵吸收或者扭曲了。必須對此進行糾正。」

數千光年銀河系內外的星塵3D渲染視頻，使用了Pan-STARRS1和2MASS研究中的數億恆星數據，通過知識共享協議分享。

正如地球大氣中的灰塵形成了大氣雲霧，讓我們能看到多彩的朝雲和晚霞，星塵也能讓遙遠星系和其他太空物體看起來更紅，扭曲了它們的距離，甚至某些情況下讓我們無法觀測到。

科學家一直努力研究更好的繪製星塵的方法，理解其濃度，構成，一般顆粒大小以及形狀。一旦我們能創建更好的星塵地圖，學習星塵更詳細的性質，解決以上問題，那麼就能更加精確測定地銀河系中的遙遠恆星的距離，就像是銀河系GPS。通過將星塵對光線的折射效應考慮在內，星塵地圖也能幫助我們更好的測定超新星事件的距離。

Schlafly說道：「該項目的首要目標是創建星塵的3D地圖以確定在太空中的任何指定區域存在的星塵數量。」

太空星塵的3D圖
銀河系星塵的3D渲染，結合了Pan-STARRS1和2MASS項目的數億恆星數據，可通過知識共享許可協議得到。

結合巡天觀測數據

結合在毛伊島和新墨西哥的天文望遠鏡的多組獨立巡天數據，Schlafly的研究團隊構建了外銀河系3262光年的地圖，包括可能包含稠密星團的被稱為分子氣體的氣體和星塵集合、被稱為星雲的行星形成區域以及更多的星系中的遙遠星塵。

Schlafly說道：「該3D星塵地圖的解析度比以前那些地圖的解析度高到不知哪裡去了。」

該項工作的成功源於兩項詳細的多年研究的結合：一是泛星計畫(Pan-STARRS)，使用14億像素數碼相機對四分之三的可見天空進行記錄，二是APOGEE研究，使用紅外光譜法技術。紅外測量能有效穿透星塵，還原恆星的自然本色，這是其他觀測手段無法做到的。APOGEE重點研究銀河系中的十萬紅巨星，包括暈中心的。

太空星塵的3D圖
Pan-STARRS1天文台提供的從夏威夷看到的整個天空的壓縮，由50萬次45秒快門曝光渲染而來，花費了4年時間。銀河系看起來像個黃色圓弧，紅褐色的暗紋即為灰塵。背景由數十億暗淡恆星和星系組成。

他們發現了比早期研究更複雜的星塵圖景。科學家用一種被稱為「衰減曲線」的光遮蔽特性測量星塵屬性，發現在太陽的1千秒差距(3260光年)內的星塵屬性與更遠的星系中的星塵屬性不同。

關於星塵成分的新問題

研究者發現的該結果似乎與現有模型相衝突，其中現有模型認為星塵分布可被預測，並簡單地認為在星辰集中的區域塵埃粒度更大。但觀測發現隨著星塵數量的變化，星塵性質的變化很小，因此可能需要調整模型以考慮不同化學成分等因素。

太空星塵的3D圖
APOGEE使用的斯隆數字巡天天文望遠鏡

Schlafly說道：「在更稠密的區域，以前認為塵埃將會凝聚，因此大顆粒較多而小顆粒較少。」但觀測顯示稠密星雲看起來與稀疏星雲幾乎一樣，因此星辰性質的差異不僅僅由星塵密度引起：「不管是什麼引起的，反正在那些區域星塵就是不會凝聚。我們至今不知道發生了什麼。我認為現有的模型並非完全正確，或者說可能只有在十分高的密度下才會成立。」

163光年環繞太陽的星塵渲染視頻，使用了Pan-STARRS1和2MASS研究中的數億恆星數據，通過知識共享協議分享。

對星塵化學成分的準確測量十分重要，Schlafly說：「在星塵中發生著大量的化學反應，並在表面形成氫分子」。這種氫分子在恆星和行星的形成中必不可少。

填補空白

即使收集到的星塵數據越來越多，我們仍然無法創建銀河系的完整星塵地圖。Schlafly說：「大概仍缺乏銀河系的三分之一，我們正在努力填補這一部分。在五月份，一個巡天觀測將能圓滿完成，屆時將彌補缺失的南方銀道面。」

APOGEE-2是APOGEE的後續觀測計劃，將提供局部星系更完整的星塵地圖，其他儀器將提供星系附近更好的星塵地圖。

太空星塵的3D圖
計劃的APOGEE-2研究區域在銀河系圖像上的表示。每個點表示APOGEE-2將得到的恆星光譜的位置。