露马脚的超新星与尘埃遍布的星系
远方尘埃的爆发起源
因而，SCUBA暂时解决了一个困扰人们很久的天文之谜。但在回答椭圆星系起源这一问题的过程中，它又引出了另一个同样令人困惑的问题。这也就是第二个发现（有关一个有着325年历史的天体）的缘起。
大约在三年前，我在Cardiff大学的研究小组开始将注意力从被尘埃遮掩的物体转移到尘埃本身上去。我们找到了红移越来越大的尘埃云，它们的存在时代因此也距离大爆炸越来越近。我们逐渐认识到，在如此短的时间内产生如此多的尘埃可能会有问题。
对于由气体凝集成的尘粒来说，条件必须要恰倒好处：如果温度过高，原子或分子将保持气态；如果密度过低，一个气体原子将独自穿越星际空间而永远不会与另一个气体原子结合。
在年老冷星的大气中，条件是正合适的，这些恒星包括红巨星以及处与赫罗图（用于描绘恒星演化阶段）渐近巨星支上的恒星。尽管这些恒星的大气以地球的标准来看依旧稀薄，不过至少与星际介质相比仍可算得上浓密；而其最外层大气的温度也低于许多星际尘埃组分的熔点。
教科书通常指出，这些恒星是宇宙尘埃的主要来源。但是，这一过程进行得十分缓慢——太阳已有50亿年的历史，且还要再经过50年才能变为红巨星。公认的观点是，比太阳重的恒星会快些到达这一阶段；但尽管如此，我们仍旧怀疑尘埃能在大爆炸后如此短的时间内大量形成的可能性。我们决定去研究另一种可能的来源：超新星。
超新星*是大质量恒星临死时爆炸产生的。超新星爆炸是宇宙中最壮观的现象之一。如果距离太阳最近的大质量恒星，也就是猎户座的参宿四变成了超新星，它将在短时间内把地球上的天空照耀得和满月之夜一样亮。在几个月的时间里，一颗超新星的亮度将超过其所处星系中其他所有恒星的总亮度。（*这里说的超新星指核心坍缩超新星。有一种根本不同的恒星爆炸，也就是Ia型超新星，发生在存在相互作用的双星系统中。）
我们与超新星有着令人惊异的密切联系。正如Joni Mitchell唱道：“我们是星尘。”组成我们身体和我们食用的植物的许多元素都形成于大质量恒星的核心，并在超新星爆发时被抛入宇宙空间。
由于超新星爆发是组成宇宙尘埃的众多化学元素的主要来源，将超新星视作尘埃本身的重要来源这一思想看起来也就是自然而然的了，这一观点认为尘粒产生于碎裂恒星的残骸膨胀并冷却之时。由于大质量恒星寿命较短，我们以为超新星可以绕过红巨星及渐近巨星支（相对低质量的恒星在演化过程中穿越红巨星之后的一个阶段）恒星提出的时间尺度问题。
当然，很早就有人考虑超新星的问题了，但它们通常都被排除掉了，因为人们只在它们之中找到了微量尘埃。我们开始怀疑，超新星遗迹中没有检测到尘埃的原因是因为尘埃的温度太低了。而SCUBA是可以让我们用于寻找低温尘埃的理想设备。我与Cardiff的其他天文学见Michael Edmunds、Loretta Dunne和Harley Morgan以及爱丁堡皇家天文台的Robert Ivison一道，打算使用SCUBA去寻找超新星遗迹中的尘埃。
颇具讽刺意味的是，我们面临的首个问正是我们试图去观测的对象，也就是尘埃。尽管人们认为我们 银河系中每30年就有一颗超新星爆发，但最后一颗确切无疑的超新星是开普勒于1604年发现的。这是因为超新星爆发本身固然非常明亮，散布在我们银河系中央盘面上的星际尘埃却遮挡住了它们中的大部分。幸好400年在天文学的意义上并不是太久，我们的计算表明，如果我们在开普勒超新星的位置上发现了膨胀气体云中的尘埃，这些尘埃就应该是由超新星形成的，而非膨胀气体云扫过的已有尘埃。
另外，我们还决定对仙后A进行观测，这是另一颗超新星的遗迹，英国天文学家John Flamsteed可能在1680年目睹过该超新星的爆发，不管Flamsteed是否监测过这颗“客星”，我们现在已经清楚的是，仙后A有着325年的历史，这是因为射电天文学家已测量出了它的膨胀速度（因射电辐射不会被尘埃阻隔）。
我们前往JCMT观测开普勒超新星遗迹，并且很幸运地发现，几年前已有人观测过仙后A了，而观测数据就存储在JCMT的档案中。很快我们就获取了开普勒超新星和仙后A的首批亚毫米波图象，并发现二者都是明亮的亚毫米波辐射源。
仙后座325年前爆发的超新星遗迹，近于球形的仙后A在整个电磁波谱上都有辐射发出，从X射线到射电波段的辐射物理机制各不相同。尽管Stephen Eales和他的同事用James Clerk Maxwell望远镜拍摄的亚毫米波图象仍显粗糙，它已显出了由绝对零度以上20度的尘埃发出的热辐射。上排左起：X射线 | 钱德拉X射线天文台 | 热气体产生（图片提供：NASA/Chandra Science Center）、可见光 | MDM望远镜 | 受震动的气体（图片提供：Robert Fesen，Dartmouth College）、红外 | ISO | 温暖的尘埃（图片提供：Infrared Space Observatory/ESA）；下排左起：亚毫米波 | JCMT | 低温尘埃（图片提供：Stephen Eales）、射电 | VLA | 高速电子（NRAO/AUI/NSF）。
但这本身并不足以了结关于大量尘埃的争端，这是因为另一种过程也可以发出亚毫米波辐射。开普勒超新星遗迹与仙后A都是明亮的射电源，这是由围绕磁场线作螺旋状运动的高能电子造成的。这些电子同样能产生亚毫米波辐射。根据已有的射电图象确定这些电子大致发射的亚毫米波信号之后，Dunne与Morgan将污染信号从我们用JCMT拍摄的照片上移除。由余下的亚毫米波辐射强度，我们计算出开普勒超新星遗迹与仙后A各含有4*1030克尘埃，这一质量大约是太阳质量的2倍，也是先前在这些超新星遗迹中所发现的尘埃质量的1000倍。
富尘埃超新星的光明未来
如果我们的结论是正确的，那么我们已经解决了大爆炸后短时间内产生尘埃的问题。然而出于技术原因，对超新星遗迹的观测是相当棘手的，而且世界上首架亚毫米波照相机SCUBA也是个很原始的设备。此外，迄今我们成功观测过的邻近超新星遗迹只有两个，而它们可能并非典型。
幸好人们发现宇宙中有许多无法由传统望远镜展现的部分，而这一发现对亚毫米波天文学令人瞩目的扩张意义非凡：当前计划兴建或正在兴建的亚毫米波望远镜有10座之多（其中由8架设备组成的亚毫米波阵列最近在Mauna Kea山顶JCMT附近落成）。
除此之外，SCUBA不久以后将被SCUBA-2代替，这是一架更大的辐射接收机阵列，将大大增强JCMT的能力。这些新设备将使我们得以验证我们的结论（我们希望如此！），并通过分光学、偏振测量等手段研究新生尘埃的性质，它们可能与数百万年来星际介质中弥漫的尘埃大不相同。
已投入使用的另一架破天荒式的望远镜是斯皮策空间望远镜。亚利桑那大学Dean Hines领导的小组最近使用斯皮策的多波段成像光度计观测了仙后A。斯皮策在24微米波长上拍摄的这张中红外照片显示了尘埃的存在。但令人迷惑的是，斯皮策所见的尘埃数量远小于SCUBA所见。不过如果尘埃温度很低的话，我们就不能指望能在斯皮策拍摄的照片中发现它们。
使用斯皮策空间望远镜的MIPS（多波段成像光度计）在波长24微米左右的中红外波段拍摄的仙后A这张视场11角分的新图象展现出了超新星遗迹中被热气体加热的微小尘埃。（图片提供：George Rieke，亚利桑那大学/MIPS Team）
其他将投入使用的望远镜包括定于2007年发射的欧洲空间局赫歇尔空间天文台及多国合作进行的阿塔卡马大型亚毫米波阵列（ALMA）。从各种意义上说，ALMA都将是终极的亚毫米波望远镜：开支（约5亿美元）、地址（海拔5400米，比Mauna Kea山高出足足1200米），还有大小和复杂程度（由64架直径12米的天线彼此相连）。当ALMA在2012年完成时，它将让我们以前所未有的灵敏度和极度的细节研究富尘埃的超新星遗迹及遥远的星系。
下一个十年初，当阿塔卡马大型亚毫米波阵列在智利北部落成的时候，它将拥有锐利的角分辨率和对极微弱信号的灵敏性，这将为对富尘埃超新星以及星系的研究带来巨大飞跃。（图片提供：欧洲南方天文台）
ALMA的一架12米原型天线在新墨西哥州进行测试。ALMA最终将由64架这样的天线组成。（图片提供：NRAO）
Cardiff大学的天体物理学家Steve Eales在亚毫米波段上研究星系的形成与演化。
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