134亿光年外的星系！该星系上持续数分钟的爆发信号可能源于伽马射线暴！2020年12月14日，中国学者江林华领衔团队的两项最新研究成果均登上了《自然-天文》杂志，引起了国际天体物理学界的热议。据悉，此次探测到的134亿光年外（如果考虑到宇宙膨胀，约为320亿光年外）星系的光谱证实该星系是人类发现的最遥远的天体。这两项成果的发布对于研究宇宙早期星系和恒星的形成具有重要意义。

“我们的工作其实并不浪漫，绝不仅仅是对着望远镜‘仰望星空’而已，天体物理每一项成果的背后需要很好的物理、数学和计算机基础，而且这不仅是脑力竞赛，也常常是体力活儿——你可能需要连续数晚不停的操作望远镜仪器观测，同时不断往电脑里输入新的参数。”在采访的伊始，江林华就打破了记者关于天体物理“玫瑰色”的想象。

江林华在美国亚利桑那州的基特峰国家天文台

偶遇134亿光年外的高红移星系

此次，江林华的团队研究的天体是一个被称为GN-z11的星系，这是一个高红移的星系，哈勃太空望远镜已有数据显示GN-z11的宇宙学红移可能为11左右，或者至少是10以上。“红移是一个物理学概念，是指物体的电磁辐射由于远离观测者而波长增加的现象，表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离。我们这里的红移指宇宙膨胀造成的宇宙学红移。我的团队一直探索的就是高红移的类星体或星系，数值在10以上绝对可以说是极高的红移了，对应的是133亿光年前的宇宙。”江林华告诉记者，一般认为，在下一代红外望远镜运行之前，很难准确测量这类“过于遥远”的极早期星系红移，“当时只是大概知道它很远，但是我们要做就做这最远最难的！”

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

团队关于GN-z11星系的持续关注和执着探索带来了惊喜。在目前国际上最先进的地面光学望远镜之一——位于美国夏威夷山上10米口径的凯克望远镜的支持下，团队在近红外波段对GN-z11进行了深度光谱观测，探测到了三条发射线，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。“在观测的过程中我们一共拍摄了106幅光谱图像，在其中的一幅图像中，在事先预判的位置我发现了一次信号非常明显的爆发。这次爆发让我们团队精神一振。这之后的计算和推理的过程就水到渠成了。”江林华回忆起探索GN-z11星系的过程依然十分兴奋。

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。”江林华告诉记者，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。

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，使之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。

江林华在向同行展示科研成果

“我的工作有点类似与‘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，却让江林华已为之奋斗了20余年。

往复于燕园与亚利桑那的学术情怀

1996年，聪敏好学的江林华考入北京大学地球物理系天体物理专业。江林华笑称，当时报考这个专业竟是为了“造火箭”。“那个时候没有什么专业内容和就业前景的概念，作为理工科男生一门心思想造大飞机、大火箭，听着‘天体’就觉得好像和造飞机火箭有关系，再加上我物理学的还不错，所以就决定报考这个专业。”

“误打误撞”地打开了天体物理之门，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。

“亚利桑那大学的天文学、行星科学和光学研究非常厉害，这里有美国国家天文台观测基地，就在亚利桑那沙漠里的山上。亚利桑那生活节奏不算快，生活内容也不像东西海岸那样丰富，反而更适合沉下心来搞科研。”在导师的指引下，江林华很快来到了天体物理学科的最前沿，得到了利用斯隆数字巡天（SDSS）、加拿大-法国-夏威夷望远镜（CFHT）、数据全景巡天望远镜和快速反应系统（Pan-STARRS）巡天项目数据进行大尺度星系和类星体巡天，并使用大型双筒望远镜（LBT）、凯克（Keck）望远镜、哈勃空间望远镜（HST）和斯皮策空间望远镜（Spitzer）等进行了后续观测。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。

基特峰国家天文台被称为“天文台兵工厂”

从博士生到博士后，江林华在亚利桑那大学学习工作了8年。其间，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。

在美国学习工作的日日夜夜，江林华积攒了超过200个夜晚的观测经验，他和合作者们利用大型巡天项目数据组织了大型高红移类星体的追寻，建立了迄今国际上应用最为广泛的高红移类星体样本，这些类星体样本已经成为研究宇宙再电离的重要数据来源。“有了如此大的高红移类星体样本库，我们尽力对其进行系统性的物理性质研究。团队在高红移类星体中挖掘了一系列重要亮点，比如光度函数、中心黑洞质量、金属风度、寄主星系性质以及它们对宇宙再电离的影响等等。天文学的魅力就在于此，值得挖掘的地方太多了！”江林华告诉记者。

为了未来的青年学子不必再漂洋过海

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。

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。这所国际化程度极高的新体制研究中心为江林华提供了广阔的发展空间，在这里他们无需操心科研以外的琐碎杂事，可以随时与学科内各细分领域尖端人才进行沟通，宽松、自由的发展平台让很多国内外同行羡慕不已。“当然还有北大提供的最优质的学生资源，北大的本硕博同学都很聪明、很优秀！”江林华感慨地说。

科维理天文与天体物理研究所

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。江林华提到，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。

国际化水平程度极高的科维理天文与天体物理研究所

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。作为两个男孩的父亲，江林华说家庭的温暖是他在科研路上勇往直前的最大支持。他感谢夫人对他工作选择的理解，也以身作则、用精诚的科研态度引导着孩子的成长——如今，他的大儿子已经成为人大附中早培班的学生，小儿子也在科研家庭里快乐地成长着。

江林华与两个孩子在一起

“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。

科研成果报道：北大学者领衔团队证实134亿光年外最遥远天体

                        探得134亿光年外星系光谱——科学家或观察到迄今最古老伽马射线暴