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科研人员精确测量银河系的尘埃消光

科研人员精确测量银河系的尘埃消光

肉眼可见的银河系尘埃(黑色星云部分)


银河系是一个盘状星系,在银盘上有很多气体和尘埃,因此形成了肉眼可见的壮观的“黑色星云”。在沿着银盘的方向(低银纬)上,由于尘埃的严重消光,在光学波段几乎无法看到银河系以外的天体。因此,一般来说,银河系外(河外)天体的研究主要集中在远离银盘(高银纬)的天区。尽管如此,由于银河系的盘存在一定厚度,而太阳处于银盘厚度上的中心位置,我们从任何方向看出去依然存在一定程度的银河系尘埃消光。因此,对于河外天体来说,银河系的尘埃消光是一个必须改正的效应。近二十年来,天文研究领域应用最广泛的银河系消光图是1998年Schlegel等人基于红外卫星测量到银河系的尘埃辐射所给出的结果(以下简称SFD消光图)。自SFD消光图发表以来,陆续有很多工作对银河系的消光进行了独立测量,从而对SFD图进行进一步的检验。在这些检验方法中,一个巧妙的方法是利用宇宙学原理来对银河系的消光进行独立测量。


所谓宇宙学原理是指宇宙中不存在特殊的位置,即在大尺度上,宇宙是均匀和各向同性的。因此,我们在不同的方向上看银河系外的天体,其统计性质在大尺度上应该是完全一致的。具体来说,在相同的观测深度上,我们应该看到相同数目的天体,而且这些天体统计上的物理性质比如平均颜色,也应该是完全一致的。但是,如前所述,银河系消光会在观测上打破这种宇宙学原理所预言的各向同性。在较高消光的天区,同样的天体会在观测上变得更暗。也就是说,观测到同样的深度,较高的消光天区能看到的天体数目会变得更少。不仅如此,由于尘埃在短波段的消光比长波段更强,天体在高消光天区的颜色也因此会变得更红。


近日,中国科学院上海天文台博士研究生李林林在导师沈世银指导下,从宇宙学原理出发,基于尘埃在短波段消光较强的特征,首次利用光学范围内波长最短的u波段的海量观测数据对银河系的消光进行了系统的统计研究。该工作所利用的数据来自中国天文学家主导的南银冠u波段巡天项目。该工作的创新点在于首次同时将通过星系计数获得的银河系尘埃消光和通过星系颜色获得的红化效应结合起来,在海量数据的支持下获得了高精度的统计结果。


研究结果表明,目前通用的SFD银河系尘埃消光图在高消光天区存在显著的高估现象。不仅如此,通过将银河系的尘埃消光和红化结合,该工作还进一步利用统计方法对银河系尘埃的物理性质给出了限制:银河系尘埃的消光曲线可以由某些模型,如O’Donnell在1994年所给出的经典消光曲线精确描述,而某些模型,如Fitzpatrick在1999给出的修正版消光曲线则和观测数据存在显著偏离。

该工作目前已经被Astronomy Journal正式接受。


SFD消光图



上图:基于SCUSS数据独立测量的银河系尘埃在南银冠天区u波段上消光数值图。下图:基于SCUSS测量的银河系尘埃的红化值和SFD消光图的红化值的对比。由图可见,SFD消光图的红化值在高消光天区显著高估。


来源:中国科学院上海天文台

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