銀河系的很多區域放射出一種獨特的微弱微波，被稱之為“異常微波輻射”。這種微波的源頭一直困擾著天文學家。藉助綠岸望遠鏡和澳大利亞望遠鏡緻密陣列，科學家首次鎖定異常微波輻射的源頭——新形成的恆星周圍的納米鑽石。
▲科學家鎖定銀河系異常微波輻射源頭——原行星盤內的納米鑽石
卡迪夫大學天文學家簡·格里夫斯表示：“自20年前首次發現以來，異常微波輻射的源頭便是一個不解之謎。不過，我們知道某些顆粒要對這種微波的產生負責。”格里夫斯主筆的研究論文刊登在《自然·天文學》雜誌上。
研究發現異常微波輻射來自於快速旋轉的納米顆粒釋放的能量。這種物質的尺寸極小，普通的顯微鏡根本無法捕獲它們的身影。過去，科學家一直認為異常微波輻射最有可能的源頭，是一種名為“多環芳烴”的有機分子。這種碳基分子廣泛存在於星際空間，放射出微弱的紅外線。不過，納米鑽石，尤其是氫化納米鑽石（表面佈滿含氫分子）也能放射出紅外線，只是波長不同。 ▲
嬰兒恆星周圍的行星形成盤
藉助美國國家科學基金會位於西弗吉尼亞的綠岸望遠鏡以及澳大利亞望遠鏡緻密陣列，科學家進行了一系列觀測並首次鎖定異常微波輻射的3個源頭——年輕恆星V892Tau、HD 97048和MWC 297周圍的原行星盤。綠岸望遠鏡負責對V892 Tau進行觀測，望遠鏡緻密陣列則負責HD 97048和MWC 297。
研究論文合著者、綠岸天文臺的大衛·弗拉耶表示：“這是科學家第一次明確探測到來自原行星盤的異常微波輻射。”天文學家指出這些系統的紅外線與納米鑽石的獨特信號相匹配。銀河系的其它原行星盤也產生清晰的多環芳烴紅外信號，但並未表現出異常微波輻射的任何跡象。
▲綠岸望遠鏡
這意味著天文學家此前的判斷有誤，多環芳烴並不是異常微波輻射的神秘源頭。排除這個可能性後，納米鑽石成為銀河系異常微波輻射最有可能的源頭。這種鑽石可在原行星盤內天然形成，在降落地球的隕石中也發現它們的蹤影。
格里夫斯表示：“這就像福爾摩斯探案一樣，在排除了其它所有可能性後，我們可以信心十足地宣佈，這種微波的源頭就是新形成的恆星周圍的納米鑽石。”根據觀測發現，天文學家估計這些原行星盤內有1%到2%的碳以納米鑽石的形式存在。
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澳大利亞望遠鏡緻密陣列
過去幾十年，原行星盤內存在納米鑽石的證據不斷增多。不過，這是科學家第一次將納米鑽石與異常微波輻射聯繫在一起。統計模型顯示嬰兒恆星周圍存在大量納米鑽石，正是它們的存在導致了異常微波輻射。弗拉耶說：“上演這一發現的幾率只有萬分之一，甚至更低。之所以能夠發現異常微波輻射與納米鑽石紅外信號之間的聯繫，完全是一種偶然。”
研究過程中，天文學家利用綠岸望遠鏡和澳大利亞望遠鏡緻密陣列對銀河系內14顆年輕恆星進行了觀測，尋找異常微波輻射的線索。在其中3顆恆星周圍，天文學家發現了異常微波輻射。此外，也只有這3顆恆星產生氫化納米鑽石的紅外光譜信號。格里夫斯指出：“這種信號非常罕見，其它年輕恆星都未留下紅外印記。”
▲攝影師鏡頭下的銀河系，景象蔚為壯觀
這一發現對宇宙學研究和搜尋宇宙膨脹證據具有啟發意義。如果大爆炸後宇宙曾以超光速膨脹，科學家能夠在宇宙微波背景的獨特偏振中發現這個膨脹期的痕跡。雖然尚未探測到偏振信號，但格里夫斯等人的研究讓我們看到了希望。
研究論文合著者、美國國家射電天文臺的布萊恩·馬森表示：“對於研究宇宙微波背景偏振的科學家來說，這無疑是一個好消息，因為旋轉納米鑽石的信號只會發生微弱偏振。這意味著天文學家能夠創建更理想的銀河系前景微波模型。在研究異常遙遠的大爆炸餘輝時，前景微波必須剔除。”
▲宇宙微波背景
納米鑽石可能由高能恆星形成區的超熱碳原子蒸汽形成。這與地球上製造納米鑽石採用的工業手段並無差異。在天文學研究領域，納米鑽石之所以引起科學家的濃厚興趣是因為它們的結構能夠產生所謂的“偶極矩”，這種原子排列允許它們在旋轉時放射出電磁輻射。由於納米鑽石的尺寸很小，不及原行星盤中的塵埃顆粒，它們可能以超乎尋常的速度旋轉，所產生的輻射處在微波波段而不是米-波長波段；星系和星系間輻射可能將其淹沒。
格里夫斯說：“對於異常微波輻射謎團，我們找到了一個很酷並且出人意料的答案。更有趣的是，我們通過觀測原行星盤得出這一結論。這有助於我們瞭解恆星系統——包括我們的太陽系在內——的早期化學特徵。”
▲原行星盤藝術概念圖
研究論文合著者、曼徹斯特大學的安娜·斯卡菲指出：“這是一項令人興奮的發現。我們可以套用一首歌的歌名概括我們的研究，那就是‘異常微波輻射在綴滿鑽石的天空’。”（斯卡菲套用的是甲殼蟲樂隊的《露西在綴滿鑽石的天空》。）
未來的釐米波觀測設備——例如計劃中的ALMA（阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波陣列）Band 1接收器以及下一代甚大陣列——能夠對這一現象進行更細緻研究，以獲取更詳細的細節。天王學家表示在創建物理模型並首次捕獲清晰的光譜信號之後，我們將快速加深對異常微波輻射的認知。
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