船帆座脈沖星風(fēng)云概念設(shè)計(jì)圖。廣西大學(xué)科研院供圖

廣西大學(xué)天文與空間科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)正在就IXPE數(shù)據(jù)進(jìn)行討論。廣西大學(xué)科研院供圖

“它是距離我們最近的脈沖星風(fēng)云之一，大概只有900光年。”

【資料圖】

前不久，在廣西大學(xué)召開(kāi)的成果發(fā)布會(huì)上，該校天文與空間科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)青年教師、副教授謝斐指著一張科幻感十足的照片，介紹她作為唯一第一作者和通訊作者發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》上的最新發(fā)現(xiàn)《船帆座脈沖星風(fēng)云X射線(xiàn)偏振趨近同步輻射理論極限》。

照片上發(fā)出紫色光暈的雙環(huán)是船帆座脈沖星風(fēng)云的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，在中心快速旋轉(zhuǎn)的脈沖星的驅(qū)動(dòng)下，發(fā)射出射電、X射線(xiàn)、高能伽馬射線(xiàn)等不同波段的光輻射，在兩邊產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)的環(huán)。謝斐及其合作者通過(guò)X射線(xiàn)成像偏振望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)船帆座脈沖星風(fēng)云存在極強(qiáng)的偏振，這是人類(lèi)目前在高能波段探測(cè)到的偏振度最高的一個(gè)目標(biāo)源。

中科院院士、中科院國(guó)家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)常進(jìn)對(duì)此評(píng)價(jià)，該成果以極高的精度測(cè)量到船帆座脈沖星風(fēng)云接近同步輻射理論極限的X射線(xiàn)偏振度，這是人類(lèi)歷史上的首次。

這也是廣西本地單位第一次完成單位在《自然》發(fā)文的歷史性突破。廣西大學(xué)天文與空間科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)帶頭人感慨道，這是“十年磨一劍”厚積薄發(fā)的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

打開(kāi)新的窗口，發(fā)現(xiàn)宇宙中的驚喜

凌晨3點(diǎn)，謝斐結(jié)束了一天的工作。在四下無(wú)人的廣西大學(xué)校園里騎著電動(dòng)車(chē)，興奮地和學(xué)生談?wù)撝惶斓目蒲羞M(jìn)展。從2022年5月初拿到源數(shù)據(jù)開(kāi)始，謝斐帶領(lǐng)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)就時(shí)常奮戰(zhàn)到凌晨，直到當(dāng)年6月將撰寫(xiě)的文章順利投稿。

作為仰望蒼穹的一員，謝斐表示科研突破的取得并非朝夕之功，而是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程。2011年，謝斐在中科院高能物理研究所開(kāi)始碩博連讀。2016年博士畢業(yè)時(shí)，她堅(jiān)定地選擇將X射線(xiàn)偏振作為研究的方向。

“這些年，我的同行所做的研究越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性。”謝斐說(shuō)，在高能天體物理這一塊，電磁波是最主要的天體信使，能量、時(shí)間、位置、偏振是電磁波的4個(gè)維度特性。在過(guò)去幾十年間，能量、時(shí)間、位置這三個(gè)維度，科學(xué)家已經(jīng)做了大量的研究，來(lái)幫助我們理解宇宙是怎樣誕生和演化的、星體是怎么產(chǎn)生的。在這種情況下，增加偏正這個(gè)維度，可以幫助我們觀(guān)測(cè)和理解這個(gè)宇宙打開(kāi)一個(gè)新的窗口。

博士畢業(yè)后，謝斐分別在瑞典和意大利的科研團(tuán)隊(duì)從事高能偏振探測(cè)技術(shù)的相關(guān)研究。在意大利國(guó)家天體物理研究所，她參與到由美國(guó)航空航天局（NASA）和意大利航天局（ASI）聯(lián)合研制的IXPE望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目，并通過(guò)組內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)獲得了一手?jǐn)?shù)據(jù)的分析主導(dǎo)權(quán)。

IXPE是成像型X射線(xiàn)偏振望遠(yuǎn)鏡（Imaging X-ray Polarimetry Explorer）的簡(jiǎn)稱(chēng)，該望遠(yuǎn)鏡于2021年12月9日從美國(guó)肯尼迪航天中心搭乘運(yùn)載火箭發(fā)射。當(dāng)時(shí)，謝斐已經(jīng)回國(guó)，在廣西大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院任職副教授，組建研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開(kāi)展研究。謝斐對(duì)IXPE望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)數(shù)據(jù)充滿(mǎn)了期待。“在觀(guān)測(cè)剛進(jìn)行幾天的時(shí)候，意大利的合作成員告訴我這個(gè)源可能非常高偏，那時(shí)候我就開(kāi)始興奮了。”

拿到數(shù)據(jù)后，謝斐幾乎沒(méi)有過(guò)休假，通常半夜12點(diǎn)才從辦公室回家，每周還有三四個(gè)凌晨和國(guó)外團(tuán)隊(duì)開(kāi)會(huì)討論。“可能大家會(huì)覺(jué)得我的工作是抬頭看星空，很浪漫，但其實(shí)大部分時(shí)間我們都是坐在電腦前處理數(shù)據(jù)。”有時(shí)候同事在微信群聊里組織周末的戶(hù)外活動(dòng)，謝斐也只能婉拒。“我感覺(jué)回國(guó)后每天除了辦公室，基本上就在學(xué)校溜達(dá)了，來(lái)南寧1年多，我去到市區(qū)還可能會(huì)迷路。”

劉寬是謝斐在廣西大學(xué)帶的博士生，在謝斐的引薦下加入到IXPE國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)。在劉寬眼里，謝斐在科研上是一位喜歡“打破砂鍋問(wèn)到底”的老師。項(xiàng)目剛啟動(dòng)時(shí)，大家發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了一個(gè)異常。“當(dāng)時(shí)組里的同學(xué)對(duì)此并沒(méi)有在意，但謝斐老師堅(jiān)持要把它研究清楚。”于是團(tuán)隊(duì)花了3天時(shí)間，最后證明這個(gè)數(shù)據(jù)異常是由于太陽(yáng)活動(dòng)引起，如果放棄研究可能會(huì)引起分析上的誤差。

經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的數(shù)據(jù)挖掘，謝斐團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了驚喜。研究團(tuán)隊(duì)觀(guān)測(cè)的船帆座脈沖星風(fēng)云是目前已知最亮的脈沖星風(fēng)云之一。該研究報(bào)告了對(duì)脈沖星風(fēng)云內(nèi)部核心區(qū)域的X射線(xiàn)偏振觀(guān)測(cè)，局部的偏振度超過(guò)60%，接近同步輻射理論預(yù)言的極限值。這是人類(lèi)目前在高能波段探測(cè)到的偏振度最高的一個(gè)目標(biāo)源，它讓科學(xué)家對(duì)脈沖星風(fēng)云里的粒子加速機(jī)制有了新的認(rèn)識(shí)。

“我們可以想象宇宙中的很多物理過(guò)程是很激烈的，比如黑洞吞噬物質(zhì)，星星被撕裂，宇宙深處劇烈的爆炸等。但是我們看到船帆座脈沖星風(fēng)云X射線(xiàn)輻射這么高偏，表明它所處的環(huán)境里面磁場(chǎng)非常有序，基本上不存在什么擾動(dòng)。”談及項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)，謝斐話(huà)語(yǔ)間難掩驚喜。

有組織的科研就像守住山頭打野豬

對(duì)于謝斐取得的成果，廣西大學(xué)天文與空間科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)帶頭人梁恩維教授評(píng)價(jià)其為“十年磨一劍”。謝斐從本科畢業(yè)一路走到博士后，整整10年的時(shí)間一直浸潤(rùn)在空間探測(cè)的研究領(lǐng)域中。當(dāng)其他人在享受發(fā)文章得到的榮譽(yù)和獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)，謝斐甘坐冷板凳，潛心專(zhuān)注自己的科研領(lǐng)域。

而作為孕育謝斐團(tuán)隊(duì)成果的重要一站，廣西大學(xué)這所位于邊疆的地方高校也經(jīng)歷了“十年磨一劍”的深耕過(guò)程。梁恩維說(shuō)，在物理學(xué)院，有位叫劉宏邦的教授。他在數(shù)十年的教學(xué)生涯中，培養(yǎng)了大批有社會(huì)關(guān)懷、家國(guó)情懷的青年科研拔尖人才。謝斐也談到，自己之所以來(lái)到廣西大學(xué)，也是因?yàn)槭挚粗貏⒑臧罾蠋熢诳臻g粒子探測(cè)技術(shù)方面的研究。

“劉宏邦老師剛來(lái)院里工作時(shí)月工資才4000多元，但他沒(méi)有一句埋怨，就是帶著一幫青年教師從零做起。”梁恩維說(shuō)，在2012年，物理學(xué)院的年輕教師團(tuán)隊(duì)就開(kāi)始鋪就自己的科研之路。對(duì)于一所科研條件比較薄弱的西部院校而言，那些馬上可以摘果的研究難以爭(zhēng)取，唯有長(zhǎng)期的刻苦磨煉才能有所突破。

“一定要沉下心來(lái)做基礎(chǔ)研究。”這是廣西大學(xué)科研院常務(wù)副院長(zhǎng)王祥高在采訪(fǎng)中反復(fù)談及的經(jīng)驗(yàn)。在他看來(lái)，想有所突破，團(tuán)隊(duì)需要進(jìn)行有組織的科研，關(guān)注“做什么”和“什么人去做”。對(duì)于“做什么”，王祥高說(shuō)，圍繞著國(guó)家重大科學(xué)計(jì)劃和國(guó)際重大前沿去做，要有前瞻性的布局。而關(guān)于“什么人去做”，他認(rèn)為對(duì)年輕人的培養(yǎng)至關(guān)重要。“我們現(xiàn)在的人才引進(jìn)，并不是說(shuō)有多少文章就能夠進(jìn)來(lái)，還需要緊跟我們的研究方向，并對(duì)其工作能力和未來(lái)的潛力進(jìn)行評(píng)估。”

據(jù)介紹，廣西大學(xué)物理學(xué)院實(shí)行的是PI制（學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人制度），在學(xué)院資金支持下，教師自己組團(tuán)隊(duì)做項(xiàng)目，讓各團(tuán)隊(duì)在自己的研究方向里自由探索。而為了保證大家的學(xué)術(shù)自由，從2018年開(kāi)始，每個(gè)剛來(lái)到物理學(xué)院的年輕教師都可以擁有獨(dú)立的PI，以科學(xué)興趣組成團(tuán)隊(duì)。

從廣西十萬(wàn)大山里成長(zhǎng)起來(lái)的梁恩維教授，把學(xué)術(shù)技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)通俗比喻為農(nóng)村中的打豬團(tuán)隊(duì)，共同目標(biāo)是打到野豬。團(tuán)隊(duì)各個(gè)成員根據(jù)自己興趣和特長(zhǎng)（資源）加盟，在共同目標(biāo)下保證年輕人的發(fā)展各有方向，從而實(shí)現(xiàn)有組織的科研。“在農(nóng)村打過(guò)野豬都懂得一點(diǎn)，安排誰(shuí)守在哪個(gè)山頭得先提前布置好，然后才去趕野豬的。否則一直跟在野豬屁股后面的話(huà)，你永遠(yuǎn)趕不上它。圍追堵截，必須周密布局。”

在一系列科研布局下，廣西大學(xué)物理學(xué)院近年來(lái)取得了不少重大科研成果。2020年年底，該校天體物理團(tuán)隊(duì)參與利用國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡FAST取得關(guān)于宇宙快速射電暴研究重大突破，列入2020年國(guó)際十大科技進(jìn)展。2021年5月，該團(tuán)隊(duì)作為合作組成員單位參與的“高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測(cè)站”項(xiàng)目，探測(cè)到了至今能量最高的宇宙線(xiàn)光子，突破了人類(lèi)對(duì)銀河系內(nèi)超高能粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知，開(kāi)啟了超高能伽馬天文學(xué)的時(shí)代。

前沿探索離不開(kāi)國(guó)際化視野

然而，中國(guó)的高能物理研究要想走在國(guó)際前沿，離不開(kāi)研究人員國(guó)際視野的拓寬。作為骨干參與該項(xiàng)研究的博士生劉寬認(rèn)為，謝斐與意大利國(guó)家天體物理研究所的合作關(guān)系引導(dǎo)了他們的研究，也促成了這項(xiàng)重大成果歷史誕生。“如果謝老師沒(méi)有去意大利的話(huà)，我們是沒(méi)有辦法參與到這個(gè)項(xiàng)目中的。”劉寬說(shuō)。

而對(duì)于謝斐來(lái)說(shuō)，無(wú)論是老師還是學(xué)生，研究科學(xué)技術(shù)必須具有全球視野。謝斐透露，自己每天都會(huì)閱讀最新的國(guó)際前沿學(xué)術(shù)文章，看其他人做到了什么樣的程度，作為基礎(chǔ)性的知識(shí)獲取。在她辦公室的黑板上，有一個(gè)特殊的榜單——“恥辱榜”，上面記錄著她的學(xué)生在開(kāi)國(guó)際會(huì)議時(shí)，能聽(tīng)懂的英文比例。“我想督促他們能時(shí)時(shí)看到這個(gè)數(shù)據(jù)，知道自己的英文水平有多慘。”謝斐解釋說(shuō)，在國(guó)際團(tuán)隊(duì)里，要想獲取最新的資訊和最前沿的科學(xué)進(jìn)展，英語(yǔ)是最基本的工具。

在這份“恥辱榜”上，劉寬是能聽(tīng)懂英文內(nèi)容最多的學(xué)生，而他表示自己在老師指導(dǎo)下也在持續(xù)進(jìn)步。“謝老師會(huì)直接讓我去發(fā)郵件，跟國(guó)外頂尖的導(dǎo)師們互動(dòng)，還會(huì)幫我修改郵件內(nèi)容。也會(huì)經(jīng)常帶著我們?nèi)ラ_(kāi)國(guó)際會(huì)議。”

謝斐在采訪(fǎng)中說(shuō)，自己覺(jué)得做科研和爬山有點(diǎn)相似。有一次，她和朋友去爬華山。當(dāng)時(shí)大家在山腳下都被賣(mài)纜車(chē)票的人忽悠說(shuō)“今天爬不到頂”，就干脆坐纜車(chē)到了山頂。只有謝斐一個(gè)人爬了上去，“自己爬上去的，跟坐車(chē)上去的感覺(jué)是不一樣的”。

接下來(lái)，她會(huì)繼續(xù)在廣西大學(xué)提供的科研沃土上，通過(guò)觀(guān)測(cè)微觀(guān)世界中的“無(wú)窮小”，去發(fā)掘“無(wú)窮大”的宇宙圖景。

關(guān)鍵詞： 廣西大學(xué) 天體物理 技術(shù)團(tuán)隊(duì)