陆埮:伽马射线暴研究的开拓者

科技工作者之家  |   2020-03-25 13:15

陆埮院士是中国科学院紫金山天文台研究员,我国著名天体物理学家,长期致力于粒子物理、伽玛射线暴、脉冲星、奇异星和宇宙学等领域研究。其中,他最为著名的研究是宇宙大爆炸产生的伽马射线暴。他的研究成果对于国际伽马射线暴的探索提供了重要依据,填补了中国在高能天体研究中的空白。

wt_a2264aad26.1986年5月在南京大学召开的国际天文联合会(IAU)第125次研讨会“中子星起源和演化”的开幕式上致辞

在北京大学修炼品格

1932年2月,陆埮出生自苏州常熟县。

1953年10月,他因为优异的成绩,免考录取到了第一志愿——北京大学物理系。在当时的历史条件下,北京大学是全中国当之无愧的最高学府,而北京大学物理系无疑是王冠上最闪耀的明珠。wt_a4239aadbe.中学时代的陆埮

陆埮曾说,他在北京大学受益匪浅,除了知识以外,最重要的是严谨求实的科学作风和创新开拓的精神。从一进校门的第一堂课起,老师就教育学生科学上“不能胡来”,必须有一套科学思考问题、处理问题的方法。wt_a1261acd62.1957年,陆埮在北大宿舍中学习

20世纪50年代,国家急切需要原子核物理方面的人才。陆埮虽然很喜欢理论物理,但考虑到国家需要,他转向学习国家分配的原子核物理专业。但是在之后几十年的工作中,陆埮并没有放弃自己热爱的天体物理研究。

1957年,李政道、杨振宁提出的弱作用中“宇称可能不守恒”的理论,首次被世界各地的许多实验证实,他们凭此获得诺贝尔物理学奖。这件事给陆埮留下极为深刻的印象。

北大四年的熏陶,宇称不守恒的发现告诉陆埮,中国必须搞科研,而且也完全有能力搞科研。这激发了他长期从事科学研究的热情。

在南京大学天文系大放异彩

1978年,对全中国来说是不平凡的一年,对陆埮也是意义重大的一年。

这一年,陆埮作为代表参加全国人民代表大会,被授予全国先进科技工作者称号,他的“基本粒子理论研究”获得全国科学大会重大科技成果奖;“脉冲星的统计研究”获江苏省科学大会重大科技成果奖。wt_a5239ac781.陆埮被评为“全国先进科技工作者”在这里,陆埮还认识了自己的“伯乐”——时任南京大学天文系系主任的戴文赛。戴文赛先生慧眼识英才,将陆埮聘请到南京大学天文系工作。

调入南京大学天文系后,陆埮开始探索、研究崭新的天体物理,并成功完成了科研方向的重大转向。陆埮带领着研究生主要做出了三项重大科研成果:

在奇异星研究方面,他与学生一起首次研究奇异物质和奇异星的动力学行为,就得出了其具有极高的体粘滞性的重要结论。后来,他在奇异星物理方面还做了一些探索工作,凭借“奇异星及其观测效应的研究”获得了1996年国家教委科技进步一等奖。

在脉冲星研究方面,陆埮与学生首次提出了一个新概念“代参数”(描述γ射线脉生性质,可以判断哪些脉冲星可能是γ射线脉冲星)。该参数有助于寻找新的伽玛射线脉冲星,也有助于表述脉冲星的伽玛射线能谱特征。这项成果得到了国际天文界的一致公认,并获中国教育部科技进步三等奖。

在伽玛射线暴的研究方面,陆埮带领学生研究证实了原来建立的标准模型是不正确的,指出伽玛暴应当起源于大质量恒星的塌缩,与距离平方成反比的介质正是由伽玛暴前身的大质量恒星放出的星风形成的。这一发现引起了整个天体物理界的震动。

后来,陆埮原创的起源观点得到了 R. A. Chevalier等人的进一步发展,星风模型成为主流模型,研究结果也一次次地被国际上的重要论文引用。

他的工作使我国的高能天体物理研究从无到有,由弱变强,享有盛名、誉满全球,在国际上占有重要的一席之地。

伽马射线暴的开拓性研究

自1967年人们发现伽马射线时,各个国就立刻着手研究,但是由于无法测距的问题,而导致科研成果近30年几乎没有得到什么突破性的进展。而对于中国天文工作者来说,伽马射线暴的研究仍处于探索的最初期。

当时在国际上普遍流行几种对于伽马射线暴起源的争论,一部分人认为是黑洞吞噬星体产生的,另一部分认为是两个相互吸引的中子星发生碰撞而产生的。

早在1973年,陆埮就开始关注伽玛射线暴的研究进展了,但苦于当时的现实条件限制,他没能展开详细研究。wt_a3237b4665.陆埮在工作调入南大天文系之后,陆埮看准国际科学发展方向,带领学生组成团队研究伽玛射线暴。

伽玛射线暴是宇宙中伽马射线突然增强的现象,所释放的能量仅次于宇宙大爆炸。这项研究对于宇宙的形成和寻找第一代恒星和星系有着重要意义。

他们紧紧地抓住机遇,夜以继日地努力工作,奋战在伽玛暴研究的第一线。在经验缺乏,设备落后等不利条件下,通过不断观测,反复演算,最终得出伽玛射线暴应当起源于大质量恒星的塌缩,与距离平方成反比的介质正是由伽玛暴前身的大质量恒星放出的星风形成的。

这个理论一经提出就掀起了国际上的轩然大波,后经多方证实演算,使星风模型成为主流模型,并多次被国际上的著名论文引用过。这项研究也开启了中国人探索宇宙重要的一步,也是里程碑式的一步。

他们提出了伽玛暴能源的相变机制,避免了以往伽玛能源模型普遍存在的重子污染困难。用同一相变机制解释了三类完全不同的高能暴。

1990年,陆埮在南京大学天文系建立和领导著名的科研团队——“南京伽玛射线暴”研究团队。wt_a4262b4c33.2001年,南京伽玛暴研究团队成员1999年1月23日,卫星观测到一个极强的伽玛暴。自从得知强伽玛暴发生的消息,陆埮立刻与学生们投入到紧张的研究之中,他们每天都泡在图书管理查阅历史资料,关注天文研究的最新动态,只要有新的想法出现,陆埮与学生们就连夜“煲电话粥”,探讨问题,查阅资料。

最后,他们提出了动力学演化统一模型,可以完整地描述伽玛暴火球从极端相对论到非相对论的整个演化过程。

伽玛暴发生的两个月内,陆埮与学生进行持续跟踪观测与推演计算。他们首次提出了致密介质环境的观点,认为极端相对论激波到非相对论阶段的演化导致余辉光变曲线出现拐点。这一观点与先前对星风环境的研究共同开辟了研究伽玛暴起源的新途径。

他们提出了中心脉冲星的能量注入效应,系统研究了余辉物理,解释了一些复杂的光变曲线。陆埮和学生们的不懈努力和奋斗,使团队获得了2002年度教育部自然科学奖一等奖和2003年度国家自然科学奖二等奖。wt_a4235b4f99.“2003年度国家自然科学奖二等奖”证书

桃李芬芳,扎根一线教学科研

为了科研工作,陆埮甚至牺牲自己的睡眠时间,夜深人静无人打扰,他就在天文台和图书馆里整夜钻研推演。80岁高龄时,他仍然奋战在科研工作岗位上,探索着自然与科学的真谛。

正如蒲松龄所言:“性痴,志凝者其技也必良。陆埮对科研锲而不舍,努力探寻真理的态度,使他对科学前沿了如指掌,在科学研究中登峰造极的同时,他在教育领域也有一番建树。

在三十多年的科研和教学生涯中,陆埮培养了一大批天文界科学研究、教学和管理的领军人才,桃李满天下。wt_a2266ba241. 陆埮与他在南京大学天文系的第一批硕士研究生(左起:惠小惠、左林、陆埮、王青德)

在学生们眼里,陆埮一点都不严厉。他们之间不仅是师生关系,更像是朋友关系。从1983年起,每年元旦,陆埮都会邀请学生到自己家包饺子吃,元旦饺子宴习俗一直持续到2013年元旦。

他十分关心学生的全面发展,每当发现学生错误时,他从不严厉批评,而是像对待朋友一样,轻言细语地诚恳相劝,讲明白道理和利害关系,使学生乐于接受并尽快改正。

2003年,陆埮被调入中国科学院紫金山天文台,同年11月,当选为中国科学院院士。wt_a4237bbd5d.2008年,陆埮获“何梁何利基金科学与技术进步奖天文学奖”

2012年2月23日,经国际天文学联合会(IAU)小行星提名委员会批准,国际永久编号为91023号的小行星正式被命名为“陆埮星”,以表彰其对天文学研究做出的杰出贡献。wt_a1263b3008.2012年陆埮星命名仪式

2014年12月3日,陆埮不幸病逝,享年83岁。

“陆埮星”是一颗小行星,本身不发光,当太阳光照耀在陆埮星上时就可用大望远镜看到。陆埮同样也是一颗星,本身发光的星,他照亮了中国天体研究、天文学发展的光明大陆。 wt_a4264bc7e0.

陆埮

(1932.2-2014.12)

中国著名天文学家

物理学家

教育家

中国科学院院士