從技術上講，這些塵埃顆粒中最微小的是多環(huán)芳烴（簡稱PAHs），它們是太空中最豐富的分子類型之一。它們包括一整個家族的大分子，其結(jié)構就像鐵絲網(wǎng)一樣--由不同模式的六邊形組成的格子狀結(jié)構。

在20世紀80年代首次被發(fā)現(xiàn)后，天文學家?guī)缀踉谒麄兊耐h鏡指向的所有地方都發(fā)現(xiàn)了PAHs：在一些最早的星系中，在恒星形成的氣體云中，以及在離家較近的地方，在土星的衛(wèi)星泰坦的大氣中。

在過去，天文學家受到空間塵埃的阻礙，因為望遠鏡無法看穿遍布星系的黑暗、巨大的塵埃云。隨著紅外天文學的出現(xiàn)，望遠鏡能夠“看穿”這些遮蔽的云層，科學家們發(fā)現(xiàn)空間塵埃實際上是恒星和行星形成的一個重要部分。現(xiàn)在，韋伯準備成為揭開其秘密的“游戲規(guī)則的改變者”。

(資料圖)

多環(huán)芳烴領域的先驅(qū)之一、位于加州硅谷的美國宇航局艾姆斯研究中心的研究員Louis Allamandola說：“韋伯的能力使以前的紅外望遠鏡相形見絀，將徹底改變天文學?！?/p>

韋伯的塵埃數(shù)據(jù)中將出現(xiàn)前所未有的細節(jié)

當美國宇航局的斯皮策望遠鏡在2003年發(fā)射時，憑借其新一代的紅外技術，多環(huán)芳烴研究開始了。

“現(xiàn)在，韋伯將帶來極好的空間和光譜分辨率，”艾姆斯研究中心的天文學家和一個項目的聯(lián)合首席研究員Christiaan Boersma說，該項目將利用韋伯來研究太空中的PAHs。“我們將能夠看到細節(jié)--更好的細節(jié)--在比以前更小的尺度上。這將揭示PAHs如何在非常不同的天文環(huán)境中形成和演變。而這將使我們能夠解開驅(qū)動恒星形成結(jié)構的光物理學和化學，并解釋我們觀察到的從系外行星和恒星到星系的顯著多樣性?！?/p>

Boersma對韋伯將提供的詳細光譜感到興奮。這些就像光的“指紋”。當塵埃分子被太陽或其他恒星的光線加熱時，它們會發(fā)出紅外光來冷卻。光的模式，或光譜，可以幫助識別光所來自的不同類型的多環(huán)芳烴分子--如果我們能夠足夠好地捕捉它的話。

利用分辨率較低的紅外望遠鏡技術，天文學家已經(jīng)探測到了廣泛的多環(huán)芳烴群體或家族。破譯單一類型多環(huán)芳烴的光譜是可能的，但這是一項艱苦的工作，需要望遠鏡觀測、實驗室工作和先進計算的協(xié)同作用，而這正是艾姆斯研究中心實驗室天體物理學小組的基礎。這個領域在艾姆斯研究中心達到了成熟，使科學家們能夠在實驗室中重現(xiàn)星際空間中多環(huán)芳烴的形成條件，并測量由此產(chǎn)生的分子的光譜指紋。

到目前為止，通過在實驗室研究分子，他們已經(jīng)確定了大約100種不同多環(huán)芳烴的“光指紋”，并在計算機的幫助下確定了另外4000種。有了所有這些數(shù)據(jù)，天文學家將已知的光譜與天空中觀察到的PAH群體相匹配。

這是一項巨大的工作，但研究人員期望強大的韋伯望遠鏡將帶來一種全新的方法。

Boersma說：“我們的圣杯是能夠直接從望遠鏡數(shù)據(jù)中識別和量化構成我們所看到的家族的特定PAH類型。我們比以往任何時候都更接近，這要歸功于之前的基礎工作?！?/p>

有了韋伯的分辨率，他們將能夠找出更小的多環(huán)芳烴子集--由尺寸、形狀和電荷等特征定義--對觀察到的光譜有所貢獻。為了分析和解釋多環(huán)芳烴的觀測結(jié)果，研究人員將求助于NASA科學家建立的一個研究數(shù)據(jù)庫。NASA艾姆斯多環(huán)芳烴紅外光譜數(shù)據(jù)庫可供全球科學界免費使用，并提供數(shù)據(jù)庫和復雜的工具。

“我們正在進入‘PAH研究2.0’的時代，”Allamandola說。“看光譜就像在聽交響樂。韋伯將使我們第一次聽到管弦樂隊中所有不同種類的PAHs。這是一個巨大的進步?！?/p>