温籍青年科学家郭福来：给黑洞算“模型” 探宇宙之秘密

中国新闻网 2019-04-11 10:43:00

　　郭福来在办公室指导学生张亨伟摄

　　“宇宙中超大质量黑洞之于星系，正如一枚硬币之于地球。然而，这枚硬币却影响了整个星系的气候与发展。”中国科学院上海天文台研究员郭福来说。

　　郭福来展示上海天文台信息计算中心的超级计算平台张亨伟摄

　　黑洞，人们眼中颇为神秘的天体，是40岁的郭福来期待用人生宝贵的时间去探索的谜题。

　　昨晚，在第一张黑洞照片面世后，郭福来撰文科普称，作为首次看到黑洞真身的碳基生命：人类，我个人觉得无比幸运。不过，这仅仅是一个开始，事件视界望远镜对M87和银河系中心黑洞于2017年都进行了观测，4月10日公布的只是其中一个，另一个的数据处理分析还在进行中。未来的观测更可期待，人类将以前所未有的精度严格检验爱因斯坦提出的广义相对论，探索靠近黑洞引力半径附近的吸积流与外流物理。(详细内容见郭福来于《科学大家》刊发的《见证人类第一张黑洞照片：宇宙“巨兽”露真容》一文)

　　郭福来说，黑洞原本只是爱因斯坦相对论的一个预言，有些间接证据，但一直没有很直接的观测证据，直到这两年发现了引力波，证明了黑洞不是虚构的，是真实存在的。

　　在郭福来的办公室电脑里，宇宙难题化作一个个高深的计算模型。他的工作主要是研究超大质量黑洞周围发生的现象，以及它对所在的星系或者星系团的影响。

　　郭福来1978年出生于浙江温州，初二那年学物理，他就喜欢上了这门学科。

　　上世纪90年代中期，他来到了中国科技大学。那时，探索浩瀚宇宙的“科学种子”在他心中萌芽了，大学四年级时，他选择了天体物理专业，开始以有生之涯探寻浩瀚宇宙的秘密。

　　那时，天文学在中国并不热门，而电子通信、计算机等专业在中国大学校园里很流行，郭福来说他也曾犹豫过，但却总是不自觉地把时间花到了数学、物理的学习上，“记得那时候，还自学了相当一部分麦克斯韦写的电磁学英文原著。”

　　基于这份渴望，大学毕业后，郭福来选择去了物理学圣地之一的美国加州大学圣芭芭拉分校，攻读物理系博士学位；后来到加州大学圣克鲁兹分校从事博士后研究，这里是加州大学天文台总部所在，有许多国际知名的老中青天文学家，科研气氛非常浓厚；而后他又赴“爱因斯坦母校”瑞士联邦理工学院工作。

　　读博士期间，郭福来的科学兴趣开始变得更具体，就是探索宇宙天体中的各种物理过程——天体物理。

　　“天体物理是一个非常广阔的领域，可以应用到我们人类所积累的几乎所有物理知识，我们生活的地球家园本就是宇宙的一部分，”他说。

　　也就是在这一时期，他开始慢慢跟黑洞“打交道”。“现在人类观测到的黑洞主要有两类，一类是跟恒星比较接近的黑洞，它的质量是几倍或者几十倍太阳质量，叫恒星级黑洞。另一类黑洞，就是超大质量黑洞，它的质量一般是介于100万到100亿倍的太阳质量之间，比普通黑洞大很多。”他说。

　　美国费米伽玛射线空间望远镜于2010年在银河系中发现费米气泡，引起国际学术界轰动。

　　“我们是最早提出它起源于银河系中心那个超大质量黑洞的，我们的模型就是说它是黑洞喷流产生的”，郭福来说。自从他了解到费米气泡的观测发现后，就很快有了这个想法并迅速开展模拟计算。他与合作者在国际上首次提出了银河系费米气泡的黑洞喷流模型，即证明银河系中心的超大质量黑洞的喷流爆发可以产生费米气泡，相关论文于2012年发表后，6年时间已被引用120多次。

　　2013年夏天，郭福来回国呆了一个月左右的时间，走访了国内很多个天文学单位，见到了许多同行朋友，看到了中国科学大发展景象，“国内刚好是做科研的一个非常好的时机，那时候就觉得回国其实挺好的。”

　　2015年，郭福来回国加入中国科学院上海天文台，开始组建一个计算天体物理方向的独立课题组。

　　在中国，天文学不像物理、化学这些学科发展得那般早，尤其是天体物理的发展更是晚一些。但回来3年，郭福来明显感受到科研人才发展非常快，“你会发现天文学的科研人员增加非常多，我也感觉到竞争越来越激烈。”

　　郭福来目前在研课题侧重于超大质量黑洞、宇宙线天体物理、星系星系团中的气体介质物理等研究。他想做点有意义的工作出来，“国际天文学研究竞争很激烈，每个好的方向都有很多人在做，我们需要最早把重要的结果做出来。”

　　在他看来，跟其他工作不同，做科研需要非常投入。郭福来说，刚开始做科研的时候，脑子里天天想的都是这些科学问题，乃至于一些大突破都是在陪妻子逛商场时，坐在凳子上想出来的，“遇到Eureka moment(灵光一现的时刻，传说最早是古希腊科学家阿基米德洗澡时，想到用水可以测量金属皇冠体积时提出的)，就赶紧回去改程序、重新计算。”

　　“暗物质、暗能量、黑洞、星系、宇宙线、宇宙中的等离子体……，这些都是当前天文学家研究的宇宙对象，其中有些我们完全不知道其本质是什么，有些我们了解得更多一些，但总存在一些我们不清楚的关键问题。这些宇宙中的秘密，吸引我去探索，期待有一天能发现其中那一点点专属于我的重要秘密，不负韶华。”他说。