国科大团队，新突破！

  • 黄亚芳
  • Published: 2022-10-21
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  近日，国科大天文与空间科学学院副教授王鑫团队基于詹姆斯韦伯空间望远镜（JWST）近红外无缝光谱仪采集的数据，针对一个117亿年前的高红移（z~3）矮星系的金属元素丰度空间分布进行了精确刻画。
  这是天文学家首次使用JWST无缝光谱数据对高红移星系进行的空间分辨分析，也是针对红移高于3的星系的首例高精度金属丰度径向梯度测量。相关文章发表于The Astrophysical Journal Letters。
红移z=3的GLASS-Zgrad1星系呈现极端反常的反转金属丰度径向梯度
 
  红移z～2-3的范围，对应整个宇宙恒星形成过程中最剧烈的历史时期。
  通过研究金属元素丰度在该红移处星系盘范围内的空间分布，天文学家可以有效地示踪星际介质里气体流动、恒星形成反馈效应与环境因素对星系形成与演化的影响，帮助理解银河系在演化早期的结构形成与金属增丰过程。
  原先主流的星系形成和演化解析模型认为，星系金属丰度在星系诞生早期呈现非常陡峭的内高外低的负径向梯度。近期，一些宇宙学流体数值模拟结果则指出，由于存在强烈的恒星形成反馈效应，星系在诞生早期不可能形成金属丰度空间分布的不均匀性。随着时间演化，星系反馈效应减弱，在重力作用下，一个负的金属丰度径向梯度方能形成。
  然而，王鑫团队借助JWST的高空间分辨率、高灵敏度和近红外波长覆盖，捕捉到了高红移矮星系中存在极端反常的内低外高的反转金属丰度径向梯度。通过进一步的分析，王鑫团队发现，这很可能是由于星系并合过程中引力作用带来的贫金属气体内流，造成了这一极端反常的反转金属梯度。
红移z=3的GLASS-Zgrad1星系呈现极端反常的反转金属丰度径向梯度
 
  作为NASA首届JWST大师班里的青年学者，王鑫深耕天基宽视场无缝光谱、多波段成像和测光的数据处理和分析等领域，并在星系形成与演化、引力透镜和观测宇宙学方面取得众多成绩。
  此次JWST成果对于王鑫而言意义非凡。一方面，这一成果不仅证实了高红移星系结构—化学演化的多样性，也用实例论证了利用JWST的高分辨率、高灵敏度无缝光谱仪对高红移矮星系进行高精度空间分辨分析的可行性。“它可以帮助我们理解宇宙早期的恒星剧烈形成时期星系形成与化学演化过程中的丰富物理机制，为后续研究打下基础。”王鑫眼睛泛着星光。
 王鑫
 
  除了于科研中获取成就感与满足感，王鑫也非常愿意将这份热忱传递给更多对天文充满“好奇心”的新一代。2022年，王鑫回国加入国科大天文与空间科学学院，开启新的宇宙探索科学梦。
  国科大本科教学实行“双班主任制”，每位本科生配有院士、中国科学院研究所所长等担任的科学家班主任，和青年教授、副教授等担任的青年班主任。天文学院还在这基础上，为本科新生班级配备两位科研一线的青年科学家。得益于这一制度，王鑫带着初心与热爱，担任起2022级天文学专业本科生青年科学家班主任，与学生一同聊天文。
  “这是近紫外成像下璀璨的宇宙星空”“中国空间站望远镜主巡天相机怎么获取数据”“高红移宇宙与我们熟悉的近邻宇宙不同在哪里”…… 在交流中，王鑫不断地引导着本科生走进天文世界，探索宇宙秘境。在他看来，“宇宙是生命的起点，我们都是茫茫宇宙中的星辰。读天文学时，有一种对祖先、对生命初始的感受，深藏在我们的基因之中。”
王鑫向本科生介绍天文学内容
科学家班主任汪景琇院士（前排中间）、青年班主任王鑫（前排右一）同2022级本科生交流
 
  2022级本科生刘爽自小就对天文学感兴趣，但“久久凝视着天文学这片海，我只能把稚嫩的兴趣当做单薄浮板，踌躇不前，不敢下水”。进入大学后，刘爽发现“老师眼中有一片海，那里面有星辰，还有我们这些懵懂的新人”。在王鑫的指导下，刘爽也开始在“浅水区”尝试。
  初入大学的2022级本科生杨谨睿犹记得，“王老师用经历为我们做了形象分析，也给出了学习建议。这些建议并非死板教条，而是以类似学长的视角，分析我们的问题所在，为我们答疑解惑。”
  作为国科大“新人”的王鑫，也期待着与学生一起探索宇宙奥妙，做出更多新突破。

文字/谭君蕊 黄亚芳

图片/受访者提供