广义相对论|2020年诺贝尔物理学奖权威解读，你想知道的都在这里！( 二 )
2五十多年来 ， 物理学家一直认为 ， 银河系中心可能存在一个黑洞 。 自从 19 世纪 60 年代初发现类星体以来 ， 物理学家就认为 ， 在包括银河系在内的大多数大型星系中可能会发现超大质量的黑洞 。 然而 ， 目前还没有人能解释星系及其黑洞是如何形成的 ， 并且这些星系及其黑洞的质量介于几百万到数十亿之间 。
一百年前 ， 美国天文学家哈洛·沙普利（Harlow Shapley）率先在人马座的方向上确定了银河系的中心 。 在后来的观察中 ， 天文学家在那里发现了一个强大的无线电波源 ， 并将那里标记为人马座 A* 。 到了 19 世纪 60 年代末 ， 人们发现 ， 人马座 A* 占据了银河系的中心 ， 并且银河系轨道上的所有恒星都围绕着它 。
直到 19 世纪 90 年代 ， 更大的望远镜和更好的设备才使我们对人马座 A* 能进行更系统的研究 。 赖因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）和安德烈娅·盖兹（Andrea Ghez）各自开始了一项研究 ， 他们试图穿过尘埃云观测到银河系的中心 。 他们与研究小组一起开发和完善了相关技术 ， 搭建了专业的实验装置 ， 并致力于长期研究 。
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图三 银河系 ， 我们的星系 ， 它的形状像一个大约 100,000 光年大的光盘 。 它的旋臂由气体和灰尘以及几千亿颗恒星组成 。 我们的太阳是这些恒星中的一个 。 在天文学上 ， 望远镜越大 ， 对遥远的恒星进行观测的效果就越好 。 德国天文学家赖因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）和他的小组最初使用的是 NTT ， 即智利 La Silla 山上的新型望远镜 。 后来 ， 他们将观测地点移至 Paranal 山脉（也在智利）的甚大望远镜设施 VLT 。 VLT 拥有四台巨型望远镜 ， 其大小是 NTT 的两倍 ， 具有世界上最大的单位望远镜 ， 每个单位望远镜的直径均超过 8 米 。
在美国 ， 安德烈娅·盖兹（Andrea Ghez）和她的研究小组使用位于夏威夷冒纳凯阿山（Mauna Kea）上的凯克望远镜 。 凯克望远镜的口径有近 10 米 ， 是目前世界上口径最大的光学/近红外线望远镜 。 它由 36 个六边形镜片以蜂窝状组合而成 ， 可以分别控制这些镜片来更好地聚焦星光 。
因为我们生活在1000公里厚的大气环境中 ， 所以无论望远镜有多大 ， 它们所能分辨的细节都会有所影响 。 比如 ， 望远镜上方的温度比周围环境高或低 ， 它们上方的空气会像透镜一样将光线折射到望远镜的镜片上 ， 使光波失真 。 这是星星闪烁的原因 ， 也是其观测图像模糊的原因 。
自适应光学的出现对于改善观测至关重要 。 望远镜现在会配备了一个比较薄的附加镜片 ， 用来补偿空气的湍流带来的影响并校正畸变的图像 。
近三十年来 ， 赖因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）和安德烈娅·盖兹（Andrea Ghez）在遥远的银河系中心恒星混杂的环境中观测恒星 。 他们不断开发和完善他们的技术 ， 并配备了更加灵敏的数字光传感器和更好的自适应光学器件 ， 使图像分辨率提高了千倍以上 。 他们现在能够更精确地确定星星的位置 ， 并长期进行跟踪 。
研究人员追踪了众多恒星中约 30 个最亮的恒星 。 恒星在距中心一光月半径内移动最快 ， 就像一群蜜蜂一样在其中跳舞 。 而在该区域之外的恒星则以更有序的方式遵循其椭圆形轨道 。
来自两个不同团队的观测结果符合地非常好 ， 这让我们足以肯定在我们所处的银河系的中心 ， 存在着一个黑洞 ， 其质量大约为 4 百万倍太亮质量 ， 其占据的体积和我们的太阳系大小相当 。
我们可能很快就能直接看到人马座 A* 。 这个观测活动就在计划中 ， 在一年以前 ， 事件视界望远镜成功地对一个超大质量黑洞和其周围环境进行成像 。 这个黑洞就是 M87 星系（又称室女座A星系）黑洞 ， 距离我们 5.5 千万光年 ， 看起来像在漆黑的眼眸外围着一圈深红的火 。 M87星系黑洞是如此巨大 ， 比起人马座 A* 要大 1000 倍 。 不过和也是在最近发现的相撞产生引力波的两个黑洞相比 ， 这俩还是轻得多 。 像黑洞一样 ， 在此之前引力波仅作为爱因斯坦广义相对论的理论推演而存在 ， 然后于 2015 年秋季被美国 LIGO 探测器首次探测（2017 年诺贝尔物理学奖） 。
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罗杰·彭罗斯证实了黑洞是广义相对论的直接结果 ， 广义相对论在超强重力下仍然适用 。 理论物理领域中正努力构建一套新的量子引力理论 。 这必须要将物理领域中的两大支柱相结合——相对论与量子力学 ， 黑洞的内部必然是两大理论共同作用的结果 。
同时 ， 观测活动越来越靠近黑洞 。 赖因哈德·根策尔与安德烈娅·米娅·盖兹的开创性工作为广义相对论及其最古怪的预测提供了新一代精确检验 。 这些测量也很有可能为新的理论观点提供线索 。 宇宙仍然有很多秘密与惊喜等着我们去发现 。
#参考资料#1 内容经授权整理自妈咪叔视频天文21黑洞有几根毛？面积只增不减？霍金对于黑洞的贡献 #2,3 内容翻译自诺贝尔奖官方介绍材料
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