发布时间:2018-12-26
□ 肖贞林
2018年6月15日,在英国威斯敏斯特教堂举行的纪念仪式上,当已故物理学家霍金的骨灰被埋在达尔文和牛顿的坟墓之间时,科学家们使用欧洲航天局位于西班牙塞夫雷罗斯的深空地面站的天线将他的声音发送到宇宙中最知名的黑洞之一1A0620-00。这是距地球最近的已知黑洞,距离大约为3500光年。
“霍金先生一生中大部分时间都在研究黑洞,相比于他的理论高度,他毕生一直坚持不懈地把高深的理论通俗易懂地介绍给普通大众,是更加了不起的成就。”安徽师范大学物理与电子信息学院教授舒新文说道。
尽管霍金的《时间简史》让普通大众对黑洞有了一个基本概念和了解,但是从性质上来说,就连科学家对黑洞都没有达到完全的认识,还是处在摸索阶段。黑洞越是神秘,越容易吸引人们一探究竟,这对舒新文也是一样。哪怕知道这条探索之路道阻且长,他依然甘之若饴,勇于向前。
遇物理之精彩,励志求学
舒新文与物理的结缘要追溯到他中学时代,日常生活中经常见到的一些现象用简单的物理知识就能解释,这让刚刚接触物理的舒新文感到十分新奇。在一次电磁学方面的公开课上,舒新文被讲课内容和讲课老师严谨的逻辑所震撼,对物理的兴趣愈加浓烈。
舒新文本科就读于安徽师范大学,当时的理想是当一名物理老师,希望可以教书育人。但在教育实习的过程中,当真正站在中学老师的岗位上时,舒新文发现这不是自己理想中的生活,他的很多想法在中学教育上施展不开。再三思考之后,舒新文对自己产生了怀疑,是不是自己学得还不够好?是不是自己对某些知识认识得不够深刻?
2004年9月,舒新文进入中国科学技术大学天文系继续深造。他认为怎样提高学生的综合素质和创新能力与老师的学术水平有关系,他有必要进一步提高自己的能力。“既然选择要深造,就要到一个更好的平台去学习。中国科学技术大学是国内屈指可数的高校,尤其在物理研究和天文研究方面是很权威的。为了考上中国科学技术大学我也付出了很多努力,现在回想起读研的那段时光,我觉得我当时的决定是非常正确的。”舒新文回忆道。
舒新文的性格中带有一股韧劲儿,在决定做某些事情之前或许会犹豫,但一旦决定要做就必须要做好。既然来到了中国科学技术大学这么好的平台,就要好好地学习与研究。舒新文在硕士阶段的刻苦与勤奋被他的导师看在眼里,在国家留学基金委公派项目的支持下,由导师推荐至美国约翰霍普金斯大学进行联合培养,开展博士阶段的课题研究。
两年的出国经历让舒新文对自身又有了新的要求,他坦言,这次出国让他的见识和能力都得到了增长,对他的思想也产生了一些影响。“我想每个人都是这样,你到了一个更好的平台或者一个不一样的环境,接触到了更多优秀的人,它会不断激励你一定要继续往前走,不能停下学习的脚步,一定要让自己的知识和能力变得更高。”
如今的舒新文依然没有停下学习的脚步,尽管他已经成为一名教授,站在了教书育人的岗位上,但他仍然像刚刚进入中国科学技术大学时那样求知若渴,虚怀若愚。
探黑洞之奥妙,乐在其中
自20世纪90年代以来积累的观测数据表明,在绝大多数核球主导星系的中心存在超大质量黑洞。黑洞通过吸积气体增长,表现为活动星系核(AGN)。AGN有极高的辐射光度,因此无论是对于黑洞研究本身还是遥远的宇宙,意义都非常重大。
舒新文从硕士期间就开始对与黑洞相关的天体物理过程进行了研究。从博士毕业至今,他一直从事AGN中心引擎结构的研究,还致力于宇宙早期星系的搜寻和研究工作,积极探索星系形成与AGN演化的关联。
在AGN中心引擎结构的研究中,活动星系窄铁Kα线辐射目前被认为是中心引擎结构有效的探针,但是局限于CCD光谱的分辨率,人们在早期的X射线光谱分析中没有引起足够的注意,对窄铁K线辐射特性的了解十分有限。舒新文利用Chandra X射线天文台的高能光栅光谱仪观测数据,深入研究了Ⅰ型AGN窄铁Kα荧光线辐射机制,实现了窄铁Kα线能量和线宽的精密测量,不但给出了铁线辐射区的电离态和动力学信息,还揭示了核区冷气体的分布规律。这项研究给出了该领域迄今为止最系统和最完备的结果。
随后,舒新文又进一步完成了对Ⅱ型AGN窄铁Kα荧光线轮廓的高分辨率测量,这也是到目前为止第一项针对Ⅱ型AGN窄铁Kα线的系统研究。这项研究不但发现了AGN窄铁线辐射有共同的物理起源,还首次给出了冷气体可能的物理尺度。目前,舒新文对活动星系窄铁Kα线辐射研究的系列科研成果已成为该领域的研究基础,引起了国际同行的广泛关注。日本ASTRO-H X射线天文台科学白皮书评价该工作给出了迄今最佳光谱分辨率数据,相关成果同时也被写进了关于AGN的物理教科书。
如今,AGN铁Kα线的研究已经引起业界的广泛关注。其中最主要的原因之一是,如果铁线产生于黑洞附近的吸积盘,可以利用线的展宽来研究吸积盘的动力学,是精确测量广义相对论效应最引人注目的工具。利用其辐射轮廓研究黑洞自旋演化也是下一代X射线天文卫星最主要的科学目标之一。
然而,目前AGN中有显著宽铁Kα线辐射探测的还非常少。对此,舒新文通过分析活动星系NGC2992近20年的历史累积观测资料,揭示出其来自吸积盘显著的相对论性铁Kα线辐射,并且线流量随X射线连续谱变化呈现罕见的线性响应行为。该研究结果对X射线辐射光线弯曲模型的普适性提出了挑战。
除此之外,舒新文还致力于宇宙极高红移星系的搜寻和研究工作。宇宙第一代星系如何形成是当今天文和物理学的重要问题,对理解宇宙再电离过程及“黑暗时期”如何结束之谜极富价值。然而,宇宙早期星系离我们的地球非常遥远,它们的亮度极其微弱,以至于世界上最强大的望远镜都很难直接探测。舒新文不畏艰难,攻克一系列技术难题,发展了Spitzer红外望远镜衍射极限下暗弱天体探测的新方法,实现了高红移星系中红外辐射流量的精确测量。作为主要合作者之一,他还发现了迄今宇宙最遥远的年轻星系(M1149-JD,z=9.6)。舒新文为这项研究提供了最为关键的中红外测光数据,由此精确限定了星系的红移、年龄和质量等物理属性。该研究结果发表于国际顶级期刊《自然》杂志,并被NASA在内的多家机构公开报道。
这一系列的研究成果是舒新文在无数个日日夜夜埋头苦研中观测、分析得来的,十分不易。然而对他而言,对黑洞的探索哪怕只有一点点进展,所有的辛苦都是值得的,没有什么比为自己热爱的事业鞠躬尽瘁更幸福的事情了。
走科教之道路,犹记初心
2018年,舒新文申请了国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目“活动星系核结构和宇宙早期星系”,成为安徽师范大学物理与电子信息学院第一位申请并获得“国家优青”项目的年轻教授。
回到安徽师范大学之前,舒新文曾在法国原子能中心进行博士后工作。这是舒新文第二次出国,这次的出国经历进一步拓宽了他的科研眼界,提高了他的科研能力。回国后,舒新文没有犹豫地选择回到安徽师范大学从事教学和科研工作。提及原因,舒新文笑着说:“我以前的理想是当老师,我肯定想进入一个高校,在高校既可以做科学研究工作也可以进行教学工作。而且安徽师范大学是我的母校,我对它肯定是有感情的,想要回报母校。”
回国后,舒新文加强了对宇宙早期星系的研究,提出了构建“颜色比”图认证高红移亚毫米星系的新方法,成功揭示了一批新的宇宙早期星系。近期,舒新文还带领着他的课题组利用世界上最先进的X射线卫星观测数据,在距离地球有2.5亿光年之遥的星系(编号为GSN 069)中心探测到显著的超长周期X射线亮度变化,并且成功地解释为黑洞潮汐瓦解撕裂恒星事件(TDE)的巨大能量释放过程。该工作也被美国国家航空航天局(NASA)官方网站选为研究亮点内容进行专题报道。
如今,舒新文已经来到安徽师范大学3年多了,除了科研工作外他还承担着教学工作。舒新文坦言,他很享受现在的生活,科研和教学都是他热爱的工作,因为热爱所以不觉苦,因为热爱所以不言愁。
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