|

楼主 |
发表于 2024-11-25 17:57:29
|
显示全部楼层
本帖最后由 逸雪霁蓝 于 2024-11-25 18:28 编辑
“未来三五年必有诺奖级突破!”|时间前沿:从伽利略到宇宙触角
宇宙观取决于人类集成的传感器。伽利略首次使用天文望远镜开启的现代天文学至20世纪发展出光学巡天,催生了动态宇宙的概念。动态宇宙的最新前沿是快速射电暴(FRB),一种未知起源的,射电频段最为剧烈的宇宙爆炸现象。FRB发现获得了2023年邵逸夫奖。快速射电暴的深度刻画及系统研究分享了2024年马塞尔·格罗斯曼奖。世界最大的射电望远镜FAST自2020年建成以来一直主导着FRB的深度刻画。我们利用FAST首次获得了FRB完整能谱,发现FRB统一的特征能量,构建了FRB偏振演化的统一图景。致密天体被认为是FRB的主要引擎,而宇宙很难形成没有自旋的黑洞或中子星。我们提出并发展了Pincus-Lyapunov相图,确认了FRB没有秒及更短时标的致密天体自旋相关的周期性,成为理解其起源的一大谜团。FAST发表了近100篇关于FRB的论文,其中包括5篇《自然》和2篇《科学》,成为我们正在构建的FRB演化图景的观测基础。我们进一步提出构建全数字化的没有“镜”的“宇宙触角(Cosmic Antennae)”望远镜,将数量级提高FRB发现率, 拓展动态宇宙观测的时间前沿。
2020年底,作为快速射电暴研究重要设备之一的阿雷西博望远镜,因坍塌而关停。这一曾经领先世界超半个世纪,并催生出诺贝尔物理学奖的科学工程奇迹突然落幕。“中国天眼”开始在射电望远镜领域独领风骚。之后,FAST(中国天眼)首席科学家、之江实验室计算天文首席科学家李菂带着团队利用“中国天眼”并统筹国际望远镜网络,发现并定位了世界首例持续活跃的重复快速射电暴FRB20190520B。这一发现相当于给学界提供了一张“寻宝图”。大多数快速射电暴转瞬即逝,系统的跟进研究极为困难,而李菂团队发现的FRB20190520B持续活跃,为天文学家提供了探索这类宇宙神秘爆发的窗口。2022年,李菂团队的成果发表于《自然》后,很快催生10多篇理论模型论文。
再往后,李菂又组织多台国际大型望远镜,联合监测FRB20190520B,不仅促成了快速射电暴演化统一图景的构建,还揭示出快速射电暴周边磁场反转等特征。这两项成果分别于2022年、2023年发表于《科学》。如果不是当初与惯性对抗,“中国天眼”和李菂或许不会这么快在快速射电暴领域脱颖而出。同样,如果不是与传统认知对抗,李菂也不会想出惊艳国际的两个新概念——“时间前沿”和“宇宙触角”。
这两个概念是他2023年2月在美国夏威夷岛交流时想到的。当时,他参观了各种各样的望远镜。走到最南部的绿沙滩时,他“拽”住自己的思绪,生出一种猎手般的机警:“未来三五年内,快速射电暴领域必有诺奖级的重大突破,下一步我们需要一个什么样的新设备?”
观测天文学发展有两条主线:一是构建越来越大的望远镜,“中国天眼”就是这一条线的标志性成就;二是拓展宇宙电磁场的可探测频段,例如意大利科学家里卡尔多·贾科尼因开启X-射线天文学,先后获得马塞尔·格罗斯曼奖和诺贝尔物理学奖。此时的李菂想到了著名天文学战略科学家马丁·哈维特说过的一句话。2021年,后者在其专著《宇宙信使》中悲观地说:“这些发展路径也许已经到达极限,天文学大发现的时代已经过去了。”
“果真如此吗?”李菂尝试把思路往天文学的本质问题上“拽”,他联想到了高能物理领域的发展路径。“高能物理领域挑战‘能量前沿’,建造大型对撞机和加速器探测微观粒子。那么,天文学要挑战的是什么?”“时间。”当这两个字缓缓出现在李菂脑海里时,他感到十分兴奋。“高能物理可以控制能量,用更高的能量撞击出微观粒子。对比物理实验,天文观测能控制的只有‘时间’!我们要用最短的探测时间、最快的采样速度,完整采集包含快速射电暴的宇宙相场的信号,逼近量子宇宙的物理本质。”
这次与认知对抗的结果就是“宇宙触角”—— 一种没有镜面的望远镜。
在浙江之江实验室的支持之下,宇宙触角的初代原型机呈现为一个直径约1米的六边形金属盘,盘子里整齐排布着112个“尖”。探测时,这些“尖”可以完整采集来自1万平方度超大天区的宇宙相场信号,并通过智能超算处理信号,使得金属盘无须移动便可探知随时变化、无法预先定位的宇宙爆发。
这种想法在天文学领域是颠覆性的。“它省去了传统望远镜放大信号和移动镜面所需的时间,纯粹靠数值计算就可以完成聚焦,感知宇宙相场,完整记录天体信号的强度和相位。”李菂说。
李菂的学生里已经出了好几位明星人物。例如,1990年出生的冯毅去年入选2023达摩院青橙奖获奖名单、天文科普作者刘博洋是国内拍摄中国空间站清晰影像第一人。李菂感到与有荣焉的是,他和已经成为之江实验室资深研究专家的冯毅合作开展了很多研究,其中包括研制第一台“宇宙触角”并开展探测;遇到刘博洋的“粉丝”时,他也会很开心地自我介绍说“你好,我是刘博洋的导师”。


|
|