2018邵逸夫天文学奖颁予尚−卢 • 普吉 (Jean-Loup Puget)以表彰他对红外到亚毫米光谱范围天文学的贡献。他探测了在过去形成恒星过程中,星系所放出的宇宙远红外背景,并提出星际物质含有芳香族碳氢分子。通过普朗克太空计划,他处理了星际物质前景的影响,因而显着地提升了我们对宇宙学的认识。尚−卢 • 普吉 是法国国家科学研究中心及法国巴黎第十一大学奥赛太空天体物理研究所研究员暨欧洲太空总署普朗克计划高频仪器 (HFI) 首席研究员。

红外至亚毫米光谱范围为观察宇宙打开了一个独特的窗口。这种辐射能够穿透星际介质中的遮掩物质,同时能够探测该等物质的性质。在这个范围内的最长波长,即约1毫米附近,亦能通过观察宇宙微波背景(CMB),为宇宙处于大约40万年岁时的情况提供讯息。尚−卢 • 普吉 为所有这些研究领域作出了至为关键的贡献。

莱热和普吉于1984年利用星际尘埃3至12微米范围的光谱特性来论证,星际介质的主要成分,除了固体尘埃颗粒外,还有多环芳香族碳氢分子。

微小尘粒在吸收紫外线时会被加热,并在远红外范围重新辐射。这种辐射的总强度能够显示宇宙恒星的形成,在整个宇宙历史的总和,有关的100微米背景,正是普吉等人于1996年首次发现的。

普吉在远红外、亚毫米、毫米天文学方面技术杰出、科学知识渊博,他以此为基础,更上层楼,领导欧洲太空总署普朗克卫星高频仪器 (HFI) 的发展和科学开发。普吉和他的国际团队于2009年至2013年间利用高频仪器的新型低温传感器,测量由宇宙微波背景和银河系的尘埃及气体引起的前景辐射,观测范围涵盖350微米至3毫米,并取得极好的灵敏度。通过研究这些短波段,高频仪器研究宇宙微波背景,其角分辨率比较任何利用其他方法取得的全天宇宙微波背景分布图优胜三倍。高频仪器对前景灰尘辐射的敏感度也是独一无二。前景灰尘辐射在短波长范围占主导地位,分离前景的能力非常重要,令普朗克的结果能够极度精确地测量出宇宙学参数 — 例如,测量暗物质的总密度精确度为2%。

这些精确的结果提供了可能,容许我们探测在宇宙大爆炸后远少于一秒内的情况。在这假设性的暴胀时代,放大的量子涨落可能会造成初始密度涨落和原始引力波。引力波会扭曲宇宙微波背景,但扭曲微弱,易与灰尘前景辐射有所混淆,极难测定。普朗克计划把前景精确分离出来,证明了原始引力波的真实水平必须低于最简单的暴胀模型所预测。它还证明密度涨落是纯粹高斯分布,在可检测的水平上没有相位相关性。这些结果马上否证了大量暴胀理论。虽然我们仍然未能确证暴胀曾经发生,更不知道什么导致暴胀发生 — 但我们已经排除了很多可能性。

现在,宇宙正在加速扩张。如果爱因斯坦的相对论中重力理论是正确的话,便需要一个非零的真空能量密度。或者,加速显示重力规律在大尺度须要修正,若然如是,宇宙中的密度涨落将以非标准速率发展。普朗克计划能检视这种效应,因为宇宙微波背景辐射受到质量涨落的介入而偏折。这种引力透镜效应已被普朗克全面测绘,所得结果与标准引力理论的预言吻合。推论所得的红外前景质量密集分布与远红外背景的涨落呈现密切位置关连;后者源于充满尘埃、正在形成星体的星系,而有关的综合效应正是普吉在二十多年前最早发现的。这项工作令普吉的一系列研究回到起点,圆满自洽。

最后,宇宙微波背景能探测出由最早出现的恒星和类星体产生的电离气体所引发的散射。普朗克最近的数据显示,这个再电离时代的开始比以前假设的更迟:在宇宙膨胀的最近十倍内。这个结果补充了远红外线背景对总能量释放的测量,令人们对宇宙恒星形成的历史得到一个更趋完整的构图。


邵逸夫天文学奖遴选委员会
(译自英文原稿)


2018年5月14日  香港