上观新闻|“假如霍金活着，他很可能拿今年诺奖”，专家解读2020诺贝尔物理学奖( 二 )
程亚告诉采访人员 ， 彭罗斯更像是一位数学家 ， 他为多解的广义相对论方程求解 。 这个足以颠覆世界观的方程式 ， 被众多数理学家演绎和推导 ， 从各种参数到各式系数 ， 设定方程的不同变量 ， 将得出不同的解 ， 也就是关于宇宙的不同认知 。 20世纪60年代 ， 彭罗斯在宏观理论基础上 ， 充满逻辑而又精准地解出了一个与黑洞关联的物理世界 ， 如诺贝尔颁奖词所言 ， “发现黑洞的形成是广义相对论的有力预测” 。
破解难题计算出黑洞质量
中科院上海天文台副台长袁峰研究员是黑洞天体物理学家 ， 参与了人类首张黑洞照片的捕获工作 。 “我和甘泽尔、格兹算是小同行 ， 他俩是做黑洞观测的 ， 我是做黑洞理论研究的 。 ”袁峰告诉采访人员 ， 十多年前 ， 德国人甘泽尔和美国人格兹领导各自团队 ， 利用主动光学技术 ， 分别观测到了银河系中心的超大质量黑洞 ， 并计算出了它的质量——约为太阳质量的400万倍 。 这是人类历史上第一次获得星系中心存在超大质量黑洞的确切证据 ， 堪称黑洞研究的一个里程碑 。
黑洞可分为三类 。 微型黑洞由于尺度小、稳定性差 ， 难以观测 。 稳定黑洞分为恒星级黑洞和超大质量黑洞 。 前者的质量一般是太阳质量的几倍至几十倍 ， 后者的质量高达太阳的几十万至几十亿倍 。 天体物理学家推测 ， 每个星系的中心都存在一个超大质量黑洞 。 但如何观测到它们 ， 一直是个难题 。
由于黑洞“黑”到了极致 ， 人类无法直接观测 ， 而是要用各种间接观测方法 。 甘泽尔和格兹采用的间接观测方法都是通过大口径光学望远镜 ， 观测银河系中心区域恒星的运行轨迹 。 因为黑洞引力惊人 ， 在其“视界”外附近的恒星 ， 其运行轨迹会受到明显影响 。
【上观新闻|“假如霍金活着，他很可能拿今年诺奖”，专家解读2020诺贝尔物理学奖】这种观测方法的最大难点 ， 是地球的大气层始终有不稳定的运动 ， 宇宙远处的光线传到地球上时 ， 形成的光学图像会因为大气层的干扰而变得模糊 ， 这被称为“湍流效应” 。 为此 ， 甘泽尔和格兹都利用主动光学技术 ， 成功消除了这种效应 ， 从而观测到银河系中心区域恒星的精准轨迹 。 获得轨迹数据后 ， 他们就根据开普勒定律计算出了银心黑洞的质量 。 随着这个质量相当于400万个太阳的“巨无霸”天体现身 ， 人类对黑洞乃至整个宇宙的探索又迈出了重要一步 。
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