广袤的宇宙是人类众多幻想的起源
从早期的神话传说
到虫洞、暗物质、引力波的发现
我们一直渴望对它更多的探索
近日
北大学者领衔团队探测到一个
134亿光年外星系的光谱
证实了该星系为人类发现的
最遥远天体
团队同时还捕捉到
来自该星系持续数分钟的爆发信号
疑似与星系中一个伽马射线暴有关
这一发现令学术界沸腾
一起走近北京大学科维理
天文与天体物理研究所
研究员江林华团队的研究
探寻宇宙远古时代的
第一缕曙光
近日，北京大学科维理天文与天体物理研究所江林华领衔的国际团队探测到一个134亿光年外星系的光谱，证实了该星系为人类发现的最遥远天体。团队同时还捕捉到来自该星系持续数分钟的爆发信号，疑似与星系中一个伽马射线暴有关。这两项最新研究成果均发表在2020年12月14日的《自然-天文》（Nature Astronomy）杂志上，引起了国际天体物理学界的热议。两项成果对理解宇宙早期星系和恒星形成有重要意义，为研究宇宙极早期天体打开了一扇窗口。
偶遇134亿光年外的天体✨
这次发现最遥远的天体其实是江林华团队在研究中的一个“小插曲”，他们一直在研究宇宙中高红移星系与超大黑洞。此前哈勃望远镜发现了一些可能来自遥远天体的高红移信号，大多数人都认为目前不可能对其进行准确探测，需要等到下一代地面巨型望远镜建成。但江林华团队决定提出挑战：“我们想要试一试，而且要找就找最远的。”
艺术想象图-北大学者领衔团队证实134亿光年之外存在的最遥远星系及其中疑似伽马射线暴
（图片制作：北京天文馆喻京川）
江林华团队利用目前国际上最先进的地面光学红外望远镜之一，即位于夏威夷山上十米口径的凯克（Keck）望远镜，根据此前得到的信息精心设计了观测波段和角度，在近红外波段对GN-z11进行了深度光谱观测，探测到了三条发射线，并基于光谱分析出该星系的准确红移为10.957，证实其为134亿光年之外的星系。
星系GN-z11的部分光谱
团队在观测中共拍摄了106幅图像，其中有一幅恰好记录到可能来自于该星系的一次大爆发。“我们尝试了很多次观测，这一次的数据好到不可思议。”这样的观测结果令团队精神一振，此后的推理和计算过程都水到渠成了。
江林华带一名学生在观测实验中
对于观测到的一次明亮的近红外光谱爆发产生的原因，江林华的团队排除了种种可能因素。“根据计算和理论检验，综合审稿人意见，我们排除了地面光源如手电筒照射、人造光源如飞机亮光以及人造卫星、太阳系中小天体等各种有可能的因素，我们的结论是来自该星系的伽玛射线暴是近红外光谱爆发的最有可能的原因。”
目前这个结论依然处于“推测”状态，因为在观测时段内现有的伽玛射线卫星没有观测该天区或探测深度不够，所以还无法“证实”——“我们也不能排除这次爆发是人类未知的某种天体活动现象。科学的魅力也正在于此，每一步的量变积累，都是为了未来在时机或技术成熟时质变的诞生！”江林华说。
爆发信号光谱
江林华始终保持着对宇宙极早期状态探索的极大热情。2018年，他的团队发现了宇宙极早期一个超大质量的原星团，该星团位于红移5.7处，那时宇宙“年龄”仅为10亿年（约为宇宙年龄的7%处）。这个原星团最终会塌缩为质量约3.6乘以10的15次方太阳质量的星系团，成为当时已知宇宙早期最大的原星系。
江林华团队的这项成果于2018年10月15日发表于《自然-天文》杂志，成为当天《自然》社区唯一高亮文章，并入选了2018年度中国十大天文科技进展。
艺术想象图：127亿光年外的巨型原初星系团
而此次发现的最遥远天体将我们对宇宙空间和时间的认知深度都推进了一步，让我们可以窥得更早时期宇宙的样子。“我的工作有点类似于‘宇宙考古’，就是去寻找宇宙中最遥远的星系，探索宇宙在儿童时期甚至婴儿时期的样子。”探索100多亿年前因为大爆炸而诞生的宇宙原初的奥秘，分析第一代恒星、星系、黑洞是怎么来的——这项在常人看来无比艰深的工作，却让江林华奋斗了二十余年。
往返于燕园和亚利桑那的学术情怀
1996年，江林华考入北京大学地球物理系天体物理专业。谈起自己选择天体物理专业的原因，江林华笑称是“歪打正着”。“我当时什么都不懂，看到‘天体物理’，以为是造火箭就选择了它。等进来才发现这行和火箭完全没联系。”
90年代，大家对天文普遍了解不深，当时的大学也没几个开设天文系。本科时江林华大多是和物理系的同学一起上大课，老师们都是当时顶尖的学界人才，自己编教材，将所学知识尽数传授给学生。“很多人以为天体物理就是看星星，但实际不是这样的。这个学科需要十分扎实的数学物理和计算机基础，需要大量的计算和推理。天文的很多学者都是物理出身。”
江林华在燕园度过了宝贵的本硕时光，在这里打下了非常扎实的理论基础。2003年9月，他来到了在美国天体物理研究处于头部的大学亚利桑那大学继续攻读博士学位。亚利桑那大学提供的先进仪器和丰富的观测项目，使江林华完全沉浸在星辰之海的探索中。
位于亚利桑那州的基特峰国家天文台被称为“天文兵工厂”
博士生到博士后，江林华在亚利桑那大学学习工作了8年。期间，他以主要完成人和主持人的身份，承担了美国宇航局多个太空望远镜观测项目的研究工作。2011年9月，他成为亚利桑那州立大学地球和空间学院的一名研究员，在此期间又承担了美国宇航局的数项科研任务，获得著名的美国宇航局哈勃学者奖。
江林华在讲座中
2015年，在美国天体物理学界早已崭露头角的江林华选择回国，回到母校加入科维理天文与天体物理研究所这个“小而精”的科研机构。吸引他回国的是始终萦绕于心的燕园情结，“在美国的日子里，我们这些留学生或者已经工作的中国科研人员在聚会的时候就会感慨，希望有朝一日能够学有所长，把自己的一身本领带回去，让以后的年轻人不用这么辛苦还漂洋过海来学习。”江林华笑着回忆道。
以满腔热爱点亮科研之路
在燕园的最北端，临着一汪清潭和著名的朗润园，号称北大最“科幻”的科维理天文与天体物理研究所坐落在一座别致的古香古色建筑里。
科维理研究所
这所国际化程度极高的新体制研究中心拥有着几乎是所有科研人员梦寐以求的工作环境：各个研究组单边作战能力强，不用操心闲杂事情，秘书高度负责使研究者可以专心于科研。在这里，中外学者们保持着广泛而亲密的合作关系。“在工作中遇到任何问题，你只需要敲开相关领域同事的办公室门就可以获得帮助。”江林华如此概括与同事们的良好关系。
国际化程度极高的科维理中心
江林华为组里的每一位学生和博士后合作者都“量身定制”了科研计划，他希望北大学生不仅做一名优秀的执行者，更要学会思考，他也尽量尝试着多给学生自由发展的空间，激发学生科研兴趣和主观能动性。
在江林华读博士时，他的导师曾跟他说，“不要问你的老师下一步要做什么，要学会自己独立思考，带着自己的想法来问我，哪怕错了也没有关系。”可以说导师的这番话改变了江林华的科研态度，他也希望自己的学生能够在科研中主动思考，享受科研带来的乐趣。
江林华在展示科研成果
江林华常年保持着每天12小时以上的工作时间，自言没有什么爱好的江林华最大的兴趣莫过于专注地坐在望远镜或计算机前探寻宇宙最早期的奥秘。
“生逢其时，希望能为我国天体物理学科贡献全部的力量。”这是江林华始终激荡的科研初心，这份初心也像天空中最亮的星一样，指引着江林华从燕园到亚利桑那，从夏威夷山口到智利高海拔的干燥地带。
在江林华心目中，尽管天文学和天体物理的研究并不像人们想象的那样浪漫，却是大有可为的学科。“现在想要在经典物理的研究中取得突破相当困难，但天体物理中还有太多不解之谜等待我们的探索！”他希望有更多对此感兴趣的青年学子投身于天体物理的研究事业，追随着前辈共同探索星辰大海与宇宙之初的无限奥秘。
