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蒙延智:秉承创新精神,探究宇宙奥秘

文/胡月

创新精神是中华民族最鲜明的禀赋。我们的先人在千百年前就提出“周虽旧邦,其命维新”“苟日新,日日新,又日新”。在5000多年文明发展进程中,中华民族凭借创新的头脑和勤劳的双手创造了高度发达的文明,无论是里程碑意义的四大发明,还是在天文、算学、医学等多个领域创造的累累硕果,都对世界文明进步产生了巨大影响。泱泱华夏后继有人,在世界科技高速发展的今天,有一位志存高远的“90后”,秉承中华儿女的创新精神,为我国天文和空间科学发展做出了突出贡献,他就是蒙延智。

坚定创新理想,探索宇宙奥秘

蒙延智出生于1991年5月,和很多同龄的男孩一样,每每看到夜晚的繁星满天都不禁发出好奇之问,但这些疑问却很难得到满意答复。探索天空奥秘的愿望就这样在蒙延智小小的心灵埋下种子。此后他发奋读书,如愿考取南京大学天文与空间科学学院,2013年毕业获理学学士学位,之后的七年又在中国科学院紫金山天文台攻读硕士、博士学位。漫长的求学旅程期间,理想逐渐发芽、生长。

直博期间的前两年,蒙延智主要在星系中的恒星形成领域进行数据分析工作。随着研究的愈加深入,他对理论研究的兴趣愈加浓厚,于是转到了伽玛射线暴瞬时辐射研究领域,师从国家杰出青年项目的支持者吴雪峰研究员,当时导师对于伽玛射线暴的理论研究已经有非常深厚的造诣。

拓展研究内容,探究伽玛射线暴

2015年,科学家首次探测到宇宙深处的引力波信号,开启了天文学观测除了电磁波之外的新窗口,同时在理论上非常好地验证了100年前爱因斯坦提出的广义相对论的正确性。这一次的引力波信号产生于两个黑洞的相互并合,因而只有引力波信号,却没有电磁波信号。2017年8月,科学家首次(也是目前唯一一次)同时探测到引力波信号(GW170817)与电磁波信号(GRB170817A),开启了引力波与电磁波联合研究的新时代。这次的事件产生于两个中子星的相互并合,其电磁波信号集中在伽马射线(大于1keV)波段,持续时间1 秒左右,是一次典型的伽玛射线暴(GRB)。

伽玛射线暴,简称伽玛暴,是来自宇宙深处的最高能的爆发现象。其产生有两种不同的途径:大质量恒星的死亡(产生持续时间大于2 秒的长暴)以及双致密星的并合(黑洞与中子星、双中子星等;产生持续时间小于2 秒的短暴)。上述的联合探测,首次确认了短暴的起源。伽玛暴事件发生后,将留下一个黑洞或者磁星(强磁场的中子星)。

2020年,位于中国贵州的口径500米的大型射电望远镜(FAST)与国外的望远镜一起探测到了来自银河系中的磁星的射电爆发信号,大体上确认了近些年引起很大研究兴趣的快速射电暴(FRB)起源于伽玛暴事件产生的磁星。

综上所述,对伽玛暴产生过程的深入研究有着重要意义,与目前天文研究的其它热门领域(GW、FRB)紧密相关。观测上,伽玛暴的辐射可以分为两个阶段:首先看到的是伽马射线波段的瞬时辐射,随后会观测到伽马射线穿出星际介质产生的多波段(光学、射电等)的余辉。经过几十年的研究,对于余辉的研究取得了非常大的进展,然而伽玛暴瞬时辐射的辐射机制却仍然非常不清楚。

之前,主流的模型包括内激波模型、ICMART模型、耗散性光球模型。结合最新的观测数据特征,蒙延智和团队成员在国内首次指出,光球模型的代表人物Asaf Pe’er教授在2008年提出的概率光球模型很可能才是最合理的模型。通过之前的工作,他们解决了不少这一模型存在的困难,并且发现它很好地解释了较多的观测特征,从而有力地推进了这一模型。对GRB170817A(第一个被探测到与引力波事件成协的短伽玛暴)的辐射能谱,结合这个暴由来自结构化喷流的偏轴观测产生,蒙延智和团队用概率光球模型给出了很自然的解释。

基于概率光球模型与结构化喷流,蒙延智和团队计算出了不同时刻的辐射能谱,从理论上对能谱随时间的演化进行了预言,发现其与观测到的较亮GRBs的能谱演化特征很好地一致。

通过计算混合喷流(包括一个热成分与一个磁成分)情形下的概率光球辐射能谱的形状,蒙延智和团队发现,光球模型不仅可以自然地解释观测到的截断幂律(COMP)型的能谱,还可以解释另外的一类能谱(平滑连接的双幂律函数,即Band谱)。

总之,通过博士期间的三个第一作者工作,蒙延智在导师的指导下解决了不少概率光球模型存在的困难,并且发现它很好地解释了较多的观测特征,从而有力地推进了这一模型。这几个工作得到了该研究领域国际同行的较大认可,其中2018年发表的《短暴GRB170817A的瞬时辐射的起源:光球辐射还是同步辐射?》一文目前已被引用34次,尤其是在2020年12月被《Living Reviews in Relativity》杂志引用1次,充分展现了该研究的先进性。

科研旅程不息,耕耘终结硕果

2020年8月,蒙延智进入南京大学天文与空间科学学院开展博士后工作,合作导师为国家千人计划青年项目的支持者张彬彬教授(我国伽玛暴瞬时辐射数据分析方面的著名专家),进一步开展伽玛射线暴瞬时辐射的光球辐射模型研究。期间,该研究项目获得2020年国家“博士后创新人才支持计划”项目资助。目前,确实在大样本数据分析中找到了更多的证据,相关结果正在整理中。

截至目前,蒙延智已经在ApJ等天文学一流期刊发表8篇论文,总引用80多次。2021年,他参与的《A Peculiarly Short-duration Gamma-Ray Burst from Massive Star Core Collapse》一文发表在《Nature Astronomy》杂志上。2021年7月,他应邀在第16届Marcel Grossmann国际会议上做题为“The photosphere emission spectrum of hybrid relativistic outflow for gamma-ray bursts”的报告,充分展示了中国青年学者的风采。

从蒙延智和团队取得的科研成果不难看出,人类对天文和空间科学、对伽玛射线暴的探索已经取得了巨大的进展,而且正如高速列车般全速前进着。然而,他的终点在哪里?科学家们的终点在哪里?蒙延智知道,这是一个值得深思的问题。为此,他必须以科学卫士和科研先锋的姿态,向着理想的方向无畏前行、纵横驰骋。

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