銀河系中央的「隱身俠」

前不久，2020年諾貝爾物理學獎揭曉，該獎項迎來了有史以來第四位女性獲獎者——美國加州大學洛杉磯分校的安德烈婭·蓋茲教授。她和另外兩位獲獎者的成就，都與宇宙中最奇特的現象「黑洞」密切相關。本年度該獎項的獎金一半頒給英國數學物理學家羅傑·彭羅斯，表彰他「發現了廣義相對論預測了黑洞的形成」，他的成果為黑洞是否存在貢獻了理論依據；另一半獎金由蓋茲和德國天體物理學家賴因哈德·根策爾共享，表彰他們發現了位於銀河系中心、控制著恆星軌道的超大質量緻密天體，這一天體最有可能是黑洞，他們的成果為真實的黑洞貢獻了觀測依據。

或許有人會感到疑惑，宇宙中的黑洞並不像白紙上的一個窟窿那麼顯眼，而且銀河系中心距離地球又極遠，根策爾、蓋茲等科學家是如何觀測到的呢？這要先從黑洞的定義說起。物理學界早在18世紀就有了關於黑洞的猜想，當時的科學家在牛頓提出的光的「微粒說」基礎上，根據牛頓力學定律計算推測，如果宇宙中存在一個表面引力非常強大的天體，會把組成光的粒子都緊緊吸住，讓光「跑不掉」，這個天體就是絕對黑暗的。但在實驗證明光是沒有質量的波之後，這種猜想就顯得不完善。及至20世紀，在廣義相對論認為萬有引力是時空彎曲的表現、會影響光的運動的理論基礎上，科學界進一步猜測，宇宙中存在質量極大、體積極小的天體，形成強大的引力場，讓它附近的時空極度彎曲，將吞噬一切物質，連光都無法逃離，成為絕對黑暗的「黑洞」。黑洞被稱為緻密天體，是因為它的密度極大，如果地球變成黑洞，在質量不變的情況下，體積將被壓縮為直徑1.8釐米左右的球形，真正是「納須彌於芥子」。包括霍金在內的許多傑出科學家都曾非常好奇，黑洞究竟是真實存在，還是僅僅是理想化狀態？

宇宙中的黑洞有兩種成因，一種是恆星死亡後塌縮形成，這種黑洞數以億計，質量可能相當於太陽的數倍，另一種位於星系中央，具有超大質量，它就是本屆諾貝爾物理學獎獲獎者所發現的。為了能夠追蹤到銀河系中央這個「隱身俠」，科學家們採取的方法是追蹤繞著這個黑洞運行的恆星發出的光線。從銀河系中心發出的光子中，到達地球上的只有萬億分之一，普通的天文望遠鏡是什麼都觀測不到的，必須採用超大的射電望遠鏡來追蹤數萬光年距離外、穿過塵埃的射電輻射，通過紅外波長成像來描繪銀河系中心的圖像。多年來，根策爾和蓋茲分別帶領團隊，通過觀測最接近銀河系中心的恆星運行軌跡和運行速度，擬合得到恆星軌道參數，精確地繪製了恆星的軌道。觀測發現，銀河中心的一定區域以內，這些恆星「混亂地奔波」，運行速度超快，但在這個區域之外，就繼續沿著它們的軌道運行，證明在它們共同運動的中心處一定存在著一個看不見但質量極大的物體，「拉動」了這些恆星，讓它們靠近時「身不由己」地運動。觀測表明，包括光在內的電磁輻射在逃離它的巨大引力時波長增加，這個物體的質量相當於400萬個太陽，大小約相當於太陽系，對於它唯一的解釋就是黑洞。

對於黑洞的研究，還遠未達到終點。或許有朝一日，通過對它的研究能夠進一步超越愛因斯坦的理論。蓋茲女士在獲獎後接受電話採訪時說：「黑洞推動了我們對物質世界的理解。」

來源： 今晚報