中國(guó)科學(xué)院物理研究所

圖片來源：Event Horizon Telescope

“黑洞”作為一個(gè)神秘感十足的名詞，一直出現(xiàn)在各種科幻小說中，2019年，人類史上首張黑洞照片刷爆各大社交網(wǎng)絡(luò)，它像一個(gè)網(wǎng)紅紛紛被轉(zhuǎn)載。人們一直好奇于這個(gè)存在于“虛擬世界”的名詞。實(shí)際上，研究者對(duì)此的探索也從未停止。今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)再次垂連于天體物理學(xué)領(lǐng)域，安德烈婭·蓋茲（Andrea Ghez）是獲獎(jiǎng)人之一，她所帶領(lǐng)的研究組與另一位獲獎(jiǎng)?wù)哔囈蚬隆じ郀枺≧einhardGenzel）發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了銀河系中央超大質(zhì)量的黑洞。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)主席戴維·哈維蘭德表示，今年獲獎(jiǎng)?wù)叩陌l(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了致密和超大質(zhì)量天體研究的新領(lǐng)域。

在美國(guó)夏威夷冒納凱阿山（MaunaKea）有一座凱克望遠(yuǎn)鏡，這座望遠(yuǎn)鏡由 36個(gè)六邊形鏡片以蜂窩狀組合而成，這樣的組合方式可以分別控制這些鏡片來更好地聚焦星光。它的口徑有近 10米，是目前世界上口徑最大的光學(xué)/ 近紅外線望遠(yuǎn)鏡。安德烈婭·蓋茲（AndreaGhez）和她的研究小組便使用這座儀器進(jìn)行觀測(cè)。他們現(xiàn)在能夠更精確地確定星星的位置，并長(zhǎng)期進(jìn)行跟蹤。

在天文學(xué)上，望遠(yuǎn)鏡越大，對(duì)遙遠(yuǎn)的恒星進(jìn)行觀測(cè)的效果就越好。德國(guó)天文學(xué)家也是此次另一位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主賴因哈德·根策爾（Reinhard Genzel）和他的小組最初使用的是 NTT，即智利 LaSilla山上的新型望遠(yuǎn)鏡。后來，他們將觀測(cè)地點(diǎn)移至 Paranal山脈（也在智利）的甚大望遠(yuǎn)鏡設(shè)施 VLT。VLT擁有四臺(tái)巨型望遠(yuǎn)鏡，其大小是 NTT 的兩倍，具有世界上最大的單位望遠(yuǎn)鏡，每個(gè)單位望遠(yuǎn)鏡的直徑均超過8米。

安德烈婭·蓋茲（Andrea Ghez）和另一位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主賴因哈德·根策爾（Reinhard Genzel）各自開始了一項(xiàng)研究，他們?cè)噲D穿過塵埃云觀測(cè)到銀河系的中心。他們與研究小組一起開發(fā)和完善了相關(guān)技術(shù)，搭建了專業(yè)的實(shí)驗(yàn)裝置，并致力于長(zhǎng)期研究。近30年來，在遙遠(yuǎn)的銀河系中心恒星混雜的環(huán)境中觀測(cè)恒星。他們不斷開發(fā)和完善他們的技術(shù)，并配備了更加靈敏的數(shù)字光傳感器和更好的自適應(yīng)光學(xué)器件，使圖像分辨率提高了千倍以上。

研究人員追蹤了眾多恒星中約 30 個(gè)最亮的恒星。恒星在距中心一光月半徑內(nèi)移動(dòng)最快，就像一群蜜蜂一樣在其中跳舞。而在該區(qū)域之外的恒星則以更有序的方式遵循其橢圓形軌道。

兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究均致力于解釋星系及其黑洞的形成原因。50多年來，物理學(xué)家一直認(rèn)為，銀河系中心可能存在一個(gè)黑洞。自從 19世紀(jì) 60年代初發(fā)現(xiàn)類星體以來，物理學(xué)家就認(rèn)為，在包括銀河系在內(nèi)的大多數(shù)大型星系中可能會(huì)發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量的黑洞。然而，目前還沒有人能解釋星系及其黑洞是如何形成的，并且這些星系及其黑洞的質(zhì)量介于幾百萬到數(shù)十億之間。

來自兩個(gè)不同團(tuán)隊(duì)的觀測(cè)結(jié)果極其符合，這足以肯定在我們所處的銀河系的中心，存在著一個(gè)黑洞，其質(zhì)量大約為四百萬倍太陽質(zhì)量，其占據(jù)的體積和我們的太陽系大小相當(dāng)。賴因哈德·根策爾與安德烈婭·蓋茲的開創(chuàng)性工作為廣義相對(duì)論及其最古怪的預(yù)測(cè)提供了新一代精確檢驗(yàn)。這些測(cè)量也很有可能為新的理論觀點(diǎn)提供線索。

“黑洞的形成與宇宙結(jié)構(gòu)形成有著十分緊密的聯(lián)系。天體物理學(xué)家所做的努力，是為全人類揭示宇宙的奧秘，最終所要回答的便是困擾人類已久的終極問題：人類從何而來?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院教授景益鵬在接受媒體采訪時(shí)說，“今年的三位獲獎(jiǎng)?wù)吒髯詮纳瞄L(zhǎng)的領(lǐng)域出發(fā)，為全人類找到了黑洞，并為其他人的研究打開了一扇新的大門?！?/p>