當我們觀測遙遠的天體時,必須考慮「星際紅化」與「星際消光」這兩個現象。精確的天文觀測需要了解這些天體與地球之間的星際塵埃量,因為觀測宇宙就像透過一扇蒙塵的窗戶,星際塵埃不僅會使天體的光變紅(稱為「星際紅化」),還會讓其亮度降低(稱為「星際消光」)。因此,天文學家時常感到困惑,這個天體本身真的呈現紅色,還是因為光線穿越星際塵埃雲後才產生顏色偏移?如今,科學家發布了一張前所未有的銀河系星際塵埃三維詳細地圖,將有助於更準確地解讀天文觀測資料。
雖然「星際紅化」與「星際消光」會影響天文觀測結果,但天文學家能夠重建星際塵埃對星光的影響。星際塵埃並非均勻地吸收和散射所有波長的光,而是對短波長(偏藍色)的吸收較強,對長波長(偏紅色)的吸收較弱。這種波長依賴性可繪製為消光曲線,其形狀不僅揭示了塵埃的成分,也提供不同星際區域輻射環境的資訊。為了更精確地描繪這些效應,研究團隊結合歐洲太空總署蓋亞(Gaia)任務的1.3億筆光譜資料、中國國家天文臺執行的郭守敬望遠鏡(LAMOST)光譜巡天計畫的觀測結果,以及機器學習技術,最終建構了首張銀河系宇宙塵埃特性的詳細三維地圖,使其成為解析天文觀測資料的關鍵工具。

圖說: 銀河系星際塵埃的詳細三維地圖,範圍從以太陽為中心向外延伸至8,000光年。紅色區域表示星際消光在長波長(偏紅色)較為明顯,而藍色區域則顯示消光對波長的依賴性較低。白色區域代表資料不足,灰色等高線標示高密度的塵埃區域,紫色點則標示測量恆星的位置。© X. Zhang/G. Green, MPIA
蓋亞任務歷時10.5年,精確測量了超過十億顆銀河系恆星及鄰近天體的位置、運動與其他性質,並提供大規模的光譜資料,為這張新地圖奠定基礎。然而,蓋亞的光譜解析度較低,無法精細區分不同波長的光譜。為了補足這一限制,研究團隊引入郭守敬望遠鏡光譜巡天資料,該計畫對其中1%的樣本恆星提供高解析度光譜,確定恆星的基本性質,如表面溫度與光譜型態。進一步提升精確度的關鍵則是機器學習技術,研究團隊訓練了一個神經網路,根據恆星性質與前方塵埃特性生成對應的模型光譜,並將結果與1.3億筆蓋亞光譜進行比對,推匯出這些恆星與地球之間的塵埃特性。最終,他們成功重建銀河系內首張詳細的三維消光曲線地圖,為理解星際塵埃與其影響提供了前所未有的全面及精確視角。研究成果發表於《Science》(Zhang et al. 2025)。(編譯 / 段皓元)
資料來源:MPIA
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