@ 2017.03.31 , 20:00

太空星尘的3D图

你可以认为地球只是个巨大的宇宙尘埃兔宝宝——一堆爆炸恒星的残骸结合到一起。我们这些地球上的生灵尽管具有十分复杂的化学结构,本质上也只是星尘组成的小块。

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暗部区域为十分稠密的星尘。星尘使得红色的恒星看起来更红,蓝色恒星在星云的前方。该图片是南方银道面巡天观测的一部分。

由于外太空布满了尘埃,天文学家和天体物理学家想要跨越宇宙看到更深处或者深入银河系中心了解更多银河系的结构、形成和演化都十分困难。

创建更好的星尘地图

现在,由能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)哈勃物理系的哈勃研究员Edward F.Schlafly领导的新研究提出了一个详细的银河系数千光年范围内的3D星尘地图。该研究已于3月22日发表在天体物理学杂志上。

该地图对于暗能量光谱仪器(DESI)十分重要,DESI是由伯克利实验室主导的,目的在于测量宇宙加速膨胀速率,将在2019年启动。DESI对超过3千万遥远星系创建地图,但如果忽略星尘的影响地图将会扭曲失真。

Schlafly说道:“我们看到的遥远星系的光已经是数十亿年前发出的了。但在距我们数千年的位置一部分光被我们星系的星尘吸收或者扭曲了。必须对此进行纠正。”


数千光年银河系内外的星尘3D渲染视频,使用了Pan-STARRS1和2MASS研究中的数亿恒星数据,通过知识共享协议分享。

正如地球大气中的灰尘形成了大气云雾,让我们能看到多彩的朝云和晚霞,星尘也能让遥远星系和其他太空物体看起来更红,扭曲了它们的距离,甚至某些情况下让我们无法观测到。

科学家一直努力研究更好的绘制星尘的方法,理解其浓度,构成,一般颗粒大小以及形状。一旦我们能创建更好的星尘地图,学习星尘更详细的性质,解决以上问题,那么就能更加精确测定地银河系中的遥远恒星的距离,就像是银河系GPS。通过将星尘对光线的折射效应考虑在内,星尘地图也能帮助我们更好的测定超新星事件的距离。

Schlafly说道:“该项目的首要目标是创建星尘的3D地图以确定在太空中的任何指定区域存在的星尘数量。”

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银河系星尘的3D渲染,结合了Pan-STARRS1和2MASS项目的数亿恒星数据,可通过知识共享许可协议得到。

结合巡天观测数据

结合在毛伊岛和新墨西哥的天文望远镜的多组独立巡天数据,Schlafly的研究团队构建了外银河系3262光年的地图,包括可能包含稠密星团的被称为分子气体的气体和星尘集合、被称为星云的行星形成区域以及更多的星系中的遥远星尘。

Schlafly说道:“该3D星尘地图的分辨率比以前那些地图的分辨率高到不知哪里去了。”

该项工作的成功源于两项详细的多年研究的结合:一是泛星计画(Pan-STARRS),使用14亿像素数码相机对四分之三的可见天空进行记录,二是APOGEE研究,使用红外光谱法技术。红外测量能有效穿透星尘,还原恒星的自然本色,这是其他观测手段无法做到的。APOGEE重点研究银河系中的十万红巨星,包括晕中心的。

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Pan-STARRS1天文台提供的从夏威夷看到的整个天空的压缩,由50万次45秒快门曝光渲染而来,花费了4年时间。银河系看起来像个黄色圆弧,红褐色的暗纹即为灰尘。背景由数十亿暗淡恒星和星系组成。

他们发现了比早期研究更复杂的星尘图景。科学家用一种被称为“衰减曲线”的光遮蔽特性测量星尘属性,发现在太阳的1千秒差距(3260光年)内的星尘属性与更远的星系中的星尘属性不同。

关于星尘成分的新问题

研究者发现的该结果似乎与现有模型相冲突,其中现有模型认为星尘分布可被预测,并简单地认为在星辰集中的区域尘埃粒度更大。但观测发现随着星尘数量的变化,星尘性质的变化很小,因此可能需要调整模型以考虑不同化学成分等因素。

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APOGEE使用的斯隆数字巡天天文望远镜

Schlafly说道:“在更稠密的区域,以前认为尘埃将会凝聚,因此大颗粒较多而小颗粒较少。”但观测显示稠密星云看起来与稀疏星云几乎一样,因此星辰性质的差异不仅仅由星尘密度引起:“不管是什么引起的,反正在那些区域星尘就是不会凝聚。我们至今不知道发生了什么。我认为现有的模型并非完全正确,或者说可能只有在十分高的密度下才会成立。”


163光年环绕太阳的星尘渲染视频,使用了Pan-STARRS1和2MASS研究中的数亿恒星数据,通过知识共享协议分享。

对星尘化学成分的准确测量十分重要,Schlafly说:“在星尘中发生着大量的化学反应,并在表面形成氢分子”。这种氢分子在恒星和行星的形成中必不可少。

填补空白

即使收集到的星尘数据越来越多,我们仍然无法创建银河系的完整星尘地图。Schlafly说:“大概仍缺乏银河系的三分之一,我们正在努力填补这一部分。在五月份,一个巡天观测将能圆满完成,届时将弥补缺失的南方银道面。”

APOGEE-2是APOGEE的后续观测计划,将提供局部星系更完整的星尘地图,其他仪器将提供星系附近更好的星尘地图。

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计划的APOGEE-2研究区域在银河系图像上的表示。每个点表示APOGEE-2将得到的恒星光谱的位置。

尽管星尘遮蔽了我们观测银河系中心的视野,Schlafly说后续我们也能看得更远,收集更好的银河系中心的星尘测量数据。

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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