“中国天眼”全景

    王培所在的团队开发了脉冲星搜索数据库和并行数据处理流程，在提高中国天眼脉冲星搜索能力的同时，结合巡天及多波段观测，迄今已发现近两百颗脉冲星。

文/《环球》杂志记者 齐健

编辑/乐艳娜

　　在常人看来无比宁静的星空，在大型射电望远镜看来，却无时无刻不在上演剧烈的能量活动。

　　有这样一群“追星星的人”，专注于用射电望远镜观察宇宙，进行脉冲星、快速射电暴、中性氢探测等研究。

　　个头不高的王培，眼神犀利。正如他天天探索宇宙要用到的“中国天眼”FAST，一双“慧眼”刺穿深空。

　　王培是中国科学院国家天文台李菂研究员带领下的国际合作团队的一员。依托全球最大且最灵敏的射电望远镜“中国天眼”，这支团队取得脉冲星系统发现、快速射电暴研究、星系和中性氢探测等系列前沿重要成果。

定格千分之一秒的宇宙华彩

　　电磁波是个大家族，根据波长，分为短波、中波、长波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，等等。“长波电磁波的精确测量提供了揭示宇宙天体物理现象，理解天体辐射机制的途径。”王培追的光，正是长波电磁波。

　　快速射电暴在射电望远镜的监测下，是一种非常短暂的电磁脉冲信号，然而它却在千分之一秒左右的时间，释放出太阳一年甚至十年释放的能量。捕获宇宙中这种瞬时剧烈现象，需要望远镜时间采样特别快、信号处理和分析能力特别强。

　　2020年，让当时35岁的王培首次崭露头角的，是他参与了一项利用“中国天眼”FAST开展的快速射电暴研究，该研究入选了《自然》杂志和《科学》杂志年度十大科学发现。

　　在这之前，天文学界知道快速射电暴可能来自磁星活动，磁星是已知密度仅次于黑洞的特殊天体，磁星活动伴随着X射线及γ射线的高能量电磁辐射暴发。

　　“30个磁星暴发活动只产生了一个快速射电暴。”王培说，“中国天眼”的观测数据证明磁星产生快速射电暴的具体过程十分特殊，并不是所有高能活动都导致快速射电暴的产生。

　　进一步研究快速射电暴的偏振多样性，王培所在的团队揭示了快速射电暴来源于致密天体的磁层，而不是激波，为人类理解它的物理起源提供了新线索。

　　如果把快速射电暴这样猛烈的能量暴发比作宇宙“华彩”，那王培所在的团队做的工作，正是对宇宙“华彩”的定格。

海量数据中挖出星星的“闪烁”

　　跟磁星类似，脉冲星的密度也非常高，每立方厘米的质量相当于将地球上1亿吨的物质压缩起来。有的脉冲星每秒旋转能达到数千次，且发射极其稳定的脉冲，是宇宙中最精确的时钟。

　　与星空摄影师跋山涉水“追星星”拍摄不同，王培研究脉冲星，要面对的是庞大体量的观测数据，要从望远镜接收到的海量数据中挖出有价值的“闪烁”。

　　在“追星星的人”之中，王培属于典型的半路出家。2014年，他从中科院近代物理所博士毕业，当时“中国天眼”刚好接近完工，跃跃欲试的他通过面试进入中科院国家天文台。

王培

　　至今王培跟人说他原本从事核物理理论研究，还有人不信。“很多物理研究需要的极端条件，地面实验室无法满足，而天文观测恰巧提供了检验理论、满足对世界好奇心的一个现成实验室。”王培说。

　　正是这份好奇心，让王培加入了国家天文台李菂研究员的团队。他机缘巧合之下走上职业天文学研究，也正说明了当今天文学对基础物理的意义。

　　核理论体系的建立来源于在地面上的大型对撞机实验室数据，这种加速器虽然已经发展了近百年，但是它能够达到的能量密度相比宇宙中高能致密天体还是比较低的。所以在原有的研究领域原子核多体理论方面，可以说对高密度核物质的理解和突破性进展已停滞逾10年。

　　王培曾经开玩笑说，即使把自己关于核物理的所有文章一把火全烧了，对世界也没有任何影响。而现在，对“中国天眼”的观测数据，他是挖地三尺也不放过一寸。

　　做天文学研究，编程是一项基本功。王培所在的团队开发了脉冲星搜索数据库和并行数据处理流程，在提高“中国天眼”脉冲星搜索能力的同时，结合巡天及多波段观测，迄今已发现近两百颗脉冲星，其中包含双中子星系统及40余颗毫秒脉冲星，还首次找到了脉冲星三维自转轴与速度方向共线的证据。

　　在王培看来，实测天文技术的发展给了传统核物理等基础学科久旱逢甘霖的机会。比如他研究的中子星，其高引力场强和高密度物质是天然的物理实验室，通过观测有可能解决物理学中的一些基本问题。

好奇心是天文人永远的老师

　　对王培所在的团队来说，“中国天眼”是最亮的“慧眼”。回溯原初宇宙，揭示更多宇宙奥秘，是建造“中国天眼”的原动力，也是终极目标。离原初最近，才可能离未来最近。

　　王培说， 是以观测和实验物理为主的学科，每测量一个数据点都是实实在在的，都能把人类现有认知再往前、往外推一步，这是人类认识自然的正确打开方式。

　　在他看来，搞科研并不是一件苦差事。科研由好奇心驱动，只要有好奇心，加上有解决问题的方法，一点一滴做下去，等待自己的会是一个惊喜接一个惊喜，从而激发出更大的好奇心。而天文学家的最大好奇心，正是回溯原初宇宙，探究物质和生命起源的奥秘。

　　天文学一方面研究宏大的星系宇宙，一方面又和微观粒子挂钩，两者又相辅相成：粒子物理的还原论视角往往是去寻找基本粒子，我们生活的宇宙和世界都是由基本粒子组成的，简单看，在我们生活的尺度下，真正起到主导作用的只是全同粒子间的引力和电磁力。

　　从这个角度来理解宇宙，学核物理理论的王培有着独特优势。

　　粒子间是怎样通过同一种相互作用，进而演生出宇宙大千物质世界丰富多彩现象的？这其中规律的复杂性，又不是还原论可以囊括的。“这些丰富的现象和深刻的规律，让我意识到天体物理学的深刻和优美之处。”王培说。

　　在王培看来，把天文观测当作现象学是一种狭隘的想法，只有在数学和物理达到一定基础之后，才能更深入领略其中的丰富和美妙。

　　在中性氢探测领域，“中国天眼”的测量结果为解决恒星形成领域三大经典问题之一的“磁流量问题”提供了重要的观测基础，该研究成果于2022年初以《自然》封面文章发表。“中国天眼”以迄今最强的绝对灵敏度，在射电瞬变源和谱线探测方面具有重大潜力，未来还将大幅度提高脉冲星阵探测引力波的灵敏度。

来源：2022年8月24日出版的《环球》杂志 第17期

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