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上海天文臺研究人員在銀河系塵埃消光研究上取得新進展——利用宇宙學原理精確測量銀河系的塵埃消光
2017-01-25 | 編輯: | 【】【打印】【關閉

  銀河系是一個盤狀星系在銀盤上有很多氣體和塵埃因此形成了我們肉眼可見的壯觀的“黑色星云”(如圖1)。在沿著銀盤的方向(低銀緯)上,由于塵埃的嚴重消光,我們在光學波段幾乎無法看到銀河系以外的天體。因此,一般來說,銀河系外(河外)天體的研究主要集中在遠離銀盤(高銀緯)的天區。盡管如此,由于銀河系的盤存在一定厚度,而太陽處于銀盤厚度上的中心位置,我們從任何方向看出去依然存在一定程度的銀河系塵埃消光。 

1,肉眼可見的銀河系塵埃(黑色星云部分),圖片來自維基百科。

  因此,對于河外天體來說,銀河系的塵埃消光是一個必須改正的效應。 近二十年來,天文研究領域應用最廣泛的銀河系消光圖是1998 Schlegel 等人基于紅外衛星COBEIRAS測量到的銀河系的塵埃輻射所給出的結果(以下簡稱SFD消光圖,見圖2)。SFD消光圖發表以來陸續有很多工作對銀河系的消光進行獨立的測量從而對SFD圖進行進一步的檢驗在這些檢驗方法中一個巧妙而優美的方法是利用宇宙學原理來對銀河系的消光進行獨立測量 

2Schlegel等人在1998年基于COBEIRAS紅外衛星的測量給出的銀河系的塵埃的全天的紅化數值的圖。

  所謂宇宙學原理是說,宇宙中不存在特殊的位置(all position are created equal換一種更專業的說法就是,在大尺度上,宇宙是均勻和各向同性的。因此,我們在不同的方向上看銀河系外的天體,其統計性質在大尺度上應該是完全一致的。具體來說,在相同的觀測深度上,我們應該看到相同數目的天體,而且這些天體統計上的物理性質,比如平均顏色,也應該是完全一致的。 

  但是,如前所述,銀河系消光會在觀測上打破這種宇宙學原理所預言的各向同性。在較高消光的天區,同樣的天體會在觀測上變得更暗。也就是說,觀測到同樣的深度,較高的消光天區能看到的天體數目會變得更少。不僅如此,由于塵埃在短波段的消光比長波段更強,天體的顏色也因此在高消光天區會變得更紅。 

  近日,上海天文臺的博士研究生李林林導師沈世銀研究員的指導下,從宇宙學原理出發,基于塵埃在短波段消光較強的特征首次利用u波段(光學范圍內波長最短的波段)的海量觀測數據對銀河系的消光進行了系統的統計研究。該工作所利用的數據來自中國天文學家主導的南銀冠u波段巡天項目。該工作的創新點在于首次同時將銀河系塵埃的消光(通過星系計數獲得)和紅化(通過星系顏色獲得)效應結合起來,在海量數據的支持下獲得了高精度的統計結果。 

  研究結果表明,目前通用的SFD銀河系塵埃消光圖在高消光天區存在顯著的高估現象(參見圖3)。不僅如此,通過將銀河系的塵埃消光和紅化結合,該工作還進一步利用統計方法對銀河系塵埃的物理性質給出了限制——銀河系塵埃的消光曲線(由塵埃物理性質決定)可以由某些模型(如O’Donnell1994年所給出的經典消光曲線)精確描述,而某些模型(如Fitzpatrick1999給出的修正版消光曲線)則和觀測數據存在顯著偏離。 

    該工作目前已經被Astronomy Journal正式接受。

3:左:基于SCUSS數據獨立測量的銀河系塵埃在南銀冠天區u波段上消光數值圖。右:基于SCUSS測量的銀河系塵埃的紅化值和SFD消光圖的紅化值的對比,由圖可見,SFD消光圖的紅化值在高消光天區(E(B-V)>0.1)顯著高估(ΔE(B-V)<0)。 

  科研文章鏈接:https://arxiv.org/abs/1701.01576 

  科學聯系人: 

  李林林,中國科學院上海天文臺, [email protected]

  沈世銀,中國科學院上海天文臺,[email protected] 

  新聞聯系人: 

  左文文,中國科學院上海天文臺,[email protected] 

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