宇觀星系 微知天體

杜月嬌

“宇宙一度又燙又稠密，億年前終于爆了炸等著瞧……地球開始降溫，自養生物來起哄，穴居人發明工具，一切由大爆炸開始……星系形成時間比唱完這支歌還要短，元素在微秒間便形成了……”相信很多美劇迷對《生活大爆炸》這段歌詞一定不陌生，也對其中不斷爆出的科學理論知識充滿好奇。王然所從事的就是充滿玄妙的天體物理學，眼前的她，優雅中透著知性，就是這樣一位溫柔如水的女性，在天體物理研究上卻可以有穿透堅硬磐石般的韌性。她背后究竟有怎樣故事？記者帶您走近天體物理學家——王然。

探尋宇宙奧秘：

溪匯百川而成海

徜徉于溫柔的星空，很多關于生命的美好暢想也會隨之不斷迸發，對王然來說卻不盡是如此，在宇宙神秘的一隅存在著很多神秘的劇烈運動，這些運動怎么形成的？演變的過程是什么？她所從事的觀測研究便圍繞于此。從地球物理到天體物理，聽她娓娓細語講述一路走來與浩瀚星空結下的不解之緣，原本抽象晦澀的天體研究也變得有趣了。

2015年2月26日，國際頂級周刊《自然》刊登了以北大天文學者為主的國際團隊的最新發現，吳學兵教授領導的團隊發現一顆距離地球128億光年（紅移6.3）、中心黑洞質量為120億倍太陽質量的類星體。其光度為太陽的430萬億倍，比目前已知距離最遠的類星體還亮7倍。

類星體是一種在極其遙遠距離外觀測到的高光度和強射電天體，它的中心是質量超過太陽質量千萬倍的超大質量黑洞，通過研究遠距離高紅移類星體，人們可以窺知早期宇宙結構和演化的信息，王然和她的團隊目前正從事此科研項目的研究工作。

宇宙大爆炸理論認為，遙遠的星系都在向四周退行，都在離我們遠去，由于宇宙膨脹，類星體發出的光線的光譜向長波方向移動，即為宇宙學紅移。“在已知的紅移6的最明亮的類星體中，大約30%有著明亮的塵埃輻射，其遠紅外光度接近甚至超過低紅移宇宙中存在劇烈恒星形成活動的星系。也就是說，這些宇宙極早期的類星體寄主星系內部存在著劇烈的恒星形成活動?！蓖跞荒托牡叵蛴浾哧U述她的觀測研究成果。據了解，她所從事的工作是相關科研領域第一次對大樣本的紅移6類星體的毫米波和射電輻射，以及寄主星系中的恒星形成活動水平給出了總結性的研究。

“求木之長者，必固其根本；欲流之遠者，必浚其泉源?！弊隹蒲幸彩侨绱?，浩瀚無邊的天際充滿了無窮奧秘，開啟這一扇扇神秘大門沒有捷徑，只能從根源一點點探索起，逐步建立起自己研究領域的框架體系。從第一次“觸電”國際先進射電天文臺，到第一次完成對類星體毫米波和射電輻射，并寄主星系中恒星形成活動作出總結性研究，王然一磚一瓦搭建起自己的“科研大廈”。

談及自己以博士研究生身份到美國國家射電天文臺進行為期兩年的觀測研究時，王然言辭間充滿對恩師和母校的感恩。“當時系里老師非常注重學科教育上與國際前沿科技的接軌?！笨萍家叱鋈ィc世界尖端技術接軌，是相關科研項目得以細水長流的重要影響因素，多年國外學習、科研工作經歷不僅讓王然有機會與國際前沿技術接觸，更教會了她在學術研究中以獨立的視角展開學術交流?！氨贝笞叱鋈サ膶W生獨立性很強?！?/p>

2006?2008年間，王然曾以交流生身份來到美國，初到美國時，除了撲面而來的新鮮感，還需要克服語言、飲食、文化等各種不適應，更不能忘記母校和恩師的重托，需要抓緊一切可以學習的機會，彌補國內當時在這一領域科研觀測方面弱項。在國際著名射電天文學家Chris L. Carilli博士的指導下，她曾多次申請到美國國家射電天文臺（NRAO）和法國毫米波天文臺（IRAM）的觀測時間，完成了對近30個紅移為6類星體（當時能收集到的最大樣本）射電波段連續譜、塵埃遠紅外連續譜的觀測。

換個角度探尋：

水到而后渠成

“感覺自己是很幸運的，能夠一路學習和鉆研自己喜歡的專業。”王然語氣從容又不失溫柔地回答記者提問。小時候，和很多孩子一樣，王然也對神秘的天文宇宙極為向往，讓她尤為印象深刻的是爸爸買給她的望遠鏡，雖然只是個玩具，但探索未知宇宙的求知種子卻已悄然萌芽?，F在，她也會在假期約上朋友、帶上家人到郊外看看星空，這既是一種放松自己心情的生活方式，也為科研打開了另外一扇窗戶。

2015年7月14?16日，東亞活動星系核研討在吉林長春如期舉行，這是繼韓國濟州和日本札幌成功舉辦后的第三次會議。王然說“這樣的會議對我們來講是一個窗口，和國際同行聚在一起，互相討論學習，或者做學術研究上的合作。針對不同問題從不同視角做分析，大家在分享自己學術成果的同時，也很有可能與其他人的成果碰撞出新的火花。”

古希臘哲學家芝諾曾說過：知識就好像一個圓，已知的在圓內，未知的在圓外，知道的越多，這個圓越大，圓越大，未知的就越多。王然也有同感：“越往里走，越覺得這個世界越廣闊，未知的東西就越多?！?008?2011年間，王然又展開了對紅移6類星體的分析CO譜線觀測研究，發現并證明了這些宇宙極早期的類星體寄星系中，存在著大量的分子氣體成分，這些分子氣體為黑洞吸積以及星系恒星形成提供了必須的原料。同時，CO譜線的發現也成為這些系統中存在著劇烈恒星形成活動的有力證據，也為類星體寄主星系的動力學質量給出了重要的限定。乘勝追擊，王然又在2011年成功申請到歐洲南方天文臺赫歇爾空間望遠鏡對弱發射線類星體和紅移6類星體塵埃輻射兩個項目的觀測時間。

很多事情的堅持源于內心的最初堅持，在前行路上遇到各種困境阻礙自然也是常態，制勝的關鍵取決于團隊實力和魄力。ALMA毫米波射電望遠鏡作為美國國家射電天文臺、歐洲南方天文臺、日本國家天文臺等多個國家聯合制造的世界上最大的亞毫米波和毫米波地面望遠鏡陣列。在早期試驗觀測階段，面對1年中僅有600個小時的寶貴觀測時間的境況，要想在全世界范圍內已經提交的900多份觀測申請中脫穎而出，不僅需要強硬的科研實力做支撐，也需要強大的抗壓能力做保障。值得高興地是，王然和她的團隊已經完成了第一期的觀測，且在5個紅移6類星體的寄主星系中發現了明亮的[CII]輻射。endprint

浩瀚無邊的宇宙藏有太多未知的奧秘，王然對紅移6類星體以及其寄主星系共同演化過程的研究發表在天文學雜志（The Astronomical Journal）、天體物理學雜志（The Astrophysical Journal）等國際一流學術期刊上。也曾多次被自然（Nature）雜志的文章引用，并因此在2010年獲得國家射電天文臺“Jansky fellow”博士后研究基金及職位，這是國際射電天文界最具競爭力的博士后研究職位。

“從最開始出國交流，就抱著一定要回國的心?！痹趪獾倪@些年，王然與北京大學類星體研究團隊也一直保持密切合作和交流，她渴望將自己這幾年在類星系演化領域的研究，以及在毫米、射電波段的觀測經驗介紹給北京大學的學生們，號召更多感興趣的同學加入到自己的研究團隊中，為祖國培養射電天文領域的后備人才。

2013年，伴隨貴州平塘縣的500米口徑球面射電望遠鏡主題圈梁合龍，世界最大的單口徑天文望遠鏡全面進入設備安裝階段，FAST是我國天文望遠鏡建設領域的重大突破，預計在2016年投入使用，將在未來20?30年保持世界一流設備的地位。近年來，政府投資在建的天文臺、望遠鏡項目不斷增多，這也給越來越多優秀天文學者以信心，王然自然也是其中一員。雖然說，現階段中國在天文觀測方面的硬件設施還難以與世界上一些地區相抗衡，但如果在實際觀測中真的需要用到相關天文觀測臺，王然多年留學經歷也為她積攢了豐富的資源，硬件設備并不足以成為她科研觀測道路的主要阻礙。

回國后，王然提到自己面臨的一個大挑戰是師生角色的轉變和互換，一方面自己還要繼續在黑洞和寄主星系的共同演化上做相關課題研究，另外一方面，她現在也開始帶學生，既要站在科研者的角度踏踏實實搞觀測研究，還要站在教書育人角度輔導學生投入到科研中。“從本科到博士研究生，在天體物理科研方向的啟蒙老師，吳學兵老師給了我很大的幫助，包括在師生角色轉換、科研學術上的指導?！?/p>

堅持做好自己：

水利萬物而不爭

天文學家認為，宇宙間的一切物質都在運動中，遙遠的星系同樣在遠離我們而去，例如北冤星系團大約以每秒21600公里的速度飛奔而去；武仙星系團約以每秒10300公里的速度離開我們；后發座星系團約以每秒6700公里的速度離開我們。

這些星系為什么要離開我們？我們又是怎么知道它們在運動的呢？第一次聽到這樣的疑問還是在王然本科加入青年天文協會的時候。其實了解、學習甚至鉆研這個專業，對絕大多數人來講最重要的是興趣，只有投入其中才會發現里面待探索的有趣問題非常多，只有處于這個狀態時才能學習到更多知識。王然對自己學生的要求也是如此。“興趣是第一生產力”，現在，王然正帶領自己的科研團隊做“紅移6類星體寄主星系的演化特征”的研究?！八麄兒彤斈晡覄側ッ绹鼋涣魃鷷r年齡差不多，團隊兩個人都是“90后”的孩子，接受力很強的年紀。”王然談到自己所帶的兩個博士，眼睛里溫柔之光點點閃爍?！捌鋵崳杏X自己就像是他們的姐姐一樣，他們很多想法都很棒，是我們團隊里所需要的新鮮血液?！?/p>

宇宙形成初期，第一代恒星、星系、和黑洞的形成被列為是美國第6個十年天文計劃（The Astro2010 Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics）的三大首要目標，預計在2010?2020年間重點展開對此三個項目的觀測研究。未來3年內，王然和她團隊的科研課題也基于此展開對超大質量黑洞和星系的形成與演化的科研觀測。牛頓曾說過：如果我比別人看的遠一些，那是因為我站在巨人的肩膀上。比起當年王然自己一個人“單刀赴會”勇闖美國、歐洲等世界知名天文臺爭取最佳觀測時間，現在王然所帶的學生無疑是幸運的，她已經憑借多年觀測經驗以及人脈資源積累，為他們打造了一支底氣十足的團隊。

“眼下還是有挺多事情要忙的。ALMA對J1319+0950，J1044-0125，J0129-0035 三個源[CII]和塵埃連續譜的成圖觀測已于2015年11月完成。我們將開始進行數據處理和分析。同時推動ALMA對樣本中其他源的[CII]、塵埃連續譜、以及CO（6-5）譜線的觀測?！痹谕跞恍睦?，探尋未知是一件很有魔力的事情，尤其能夠和一群志同道合的人在一起努力，就更讓她著迷?！拔冶容^喜歡這樣的氛圍”，她說。

水有很多形狀，蒸而變為雨；冷而結成雪、化為霧；又或凝結成一面如晶瑩明鏡的冰，不論其變化如何，仍不失其本性。王然，也有著如水般的溫柔，如水般的堅韌，低處成湖，高處成瀑。她，享受著當下，也創造著未來。endprint