上海天文台精确测量银河系中尘埃分布的尺度

　　银河是夜空中最壮美的景观。在银河繁星中，存在一些肉眼可见的“黑色星云”（图1）。这些“黑云”由恒星之外的中性气体和固体颗粒所构成，是新一代恒星的诞生地。这些固体颗粒被通称为星际尘埃。
　　星际尘埃主要产生于恒星演化的后期阶段，它们吸收紫外和可见光波段的能量（形成黑云），并在红外波段发射。尘埃不仅有利于星际中的气体冷却以形成下一代恒星，更可以说是行星以及生命形成的基础“砖块”。虽然星际尘埃占据星系总质量的比例一般还不到千分之一，但是其在星系、恒星以及行星系统的形成和演化当中都起着关键性作用。
　　尘埃在星系中的空间分布情况可以提供星系结构和演化的重要信息。通过对河外星系的观测发现，尘埃在和银河系相似的盘状星系中大量存在，而且同样形成一个显著的盘状结构。一般来说，相比于恒星构成的盘来说，尘埃盘显得在径向上更延展、在厚度上更薄。图2中给出的是著名的草帽星系（M104）的图像，可以清晰地看出上述特征。
　　与可直接观测整体结构的河外星系不同的是，由于身处银河当中，虽然银河系中的尘埃几乎是肉眼“可见”，但却很难一窥其整体结构的真面目。近日，利用郭守敬望远镜银河系巡天得到的海量恒星光谱数据，中国科学院上海天文台的一组科研人员对银河系中尘埃成分的结构进行了精确的测量，并给出了目前为止最为精确的银河系尘埃整体分布的尺度。目前该工作已被天文学国际核心期刊《天体物理杂志》（ApJ）正式接收。
　　在郭守敬望远镜开始对银河系中的恒星进行巡天观测后，原北京大学教授刘晓为领导的一个研究团组对该巡天获取的恒星光谱进行了细致分析，并给出了巡天数据中每一颗恒星在视线方向上由于尘埃所造成的消光数值。上海天文台的博士研究生李林林在导师沈世银的指导下，利用这些海量的（超过六百万颗）恒星消光数据，对银河系中尘埃的整体空间分布进行了模型构建。
　　研究表明，在扣除太阳附近的两个较为显著的子结构后，银河系中尘埃的整体分布可以用一个密度在径向和垂向上都呈指数下降的盘状结构来很好地描述。这个尘埃构成的盘的标长达1万光年，而标高仅为330光年。和同样基于郭守敬望远镜巡天数据得到的银河系的恒星盘的结构参数相比，银河系的尘埃盘同样是在径向尺度上更延展，在垂向上更薄。也就是说，如果离银河系足够远，在特定的角度上，我们看到的银河系将和草帽星系非常相似（银河系中的尘埃分布是延展的，没有一个明显的边界。标高和标长是尺度分布的一种数学描述，表示的是每经过一个标长或者标高，尘埃的密度下降约2.72倍）。
　　上海天文台副台长、该研究工作的第三作者侯金良这样评价：在对银河系尘埃整体分布的测量上，该研究工作达到的精度是前所未有的，这很大程度上要归因于郭守敬望远镜所提供的海量数据。科学上，该研究工作详细对比了银河系中尘埃和其它成分空间分布的异同，并探讨了其物理机制。就尘埃分布上来说，银河系和其它盘状星系非常相似，这进一步说明银河系在宇宙中不是特殊的。
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　　图1：夜空中的银河，其中的“黑色星云”即为星际尘埃所在

　　图2：哈勃太空望远镜拍摄的“草帽星系”（M104）