“看见”看不见的

光明网 阅读:38581 2020-10-16 18:38:43

原标题:“看见”看不见的

每次赶去天文台观测时,总不禁会想:我们正在捕捉的这束光是来自26000光年外银河系中心超大质量黑洞近旁的一颗恒星,而且还真就看到了。那种感觉太神奇了!

——安德烈娅·盖兹(Andrea Ghez)

去年4月轰动全球的“甜甜圈”照片似乎还记忆犹新,黑洞竟毫无征兆地再次成为全球网红:今年的诺贝尔物理学奖颁给了黑洞方面的研究。

两个不同视半径的恒星(左)单镜(中)和干涉(右)观测的结果 | 图源:ESO

作为VLT的第二波技术创新,2016年安装的GRAVITY专用光干涉仪能让4台8米望远镜干涉组成一台目前威力最强大的望远镜,集光面积相当于一台有效口径16米的光学望远镜,在某些方向的最高空间分辨率则相当于一台有效口径130米的光学望远镜。

VLT干涉观测:干涉条纹随望远镜基线的变化 | 图源:ESO

技术之外

〇 专注

根策尔总结几十年的研究历程:耐心、运气和很多人一起坚持不懈的努力,一点一点地推进,让它越来越好。这应该算是对科技发展的一种最朴素的诠释。

精度的显著提高后几个晚上的观测即可分辨出恒星的移动,从而又带来新的惊喜:发现S2还会 “跳舞”——首次在黑洞附近的恒星中证实史瓦西进动,再一次成就了对广义相对论预言的完美检验。

会“跳舞”的恒星S2艺术想象图 / 黑洞附近恒星的史瓦西进动 | 图源:ESO/L. Calçada

1998年对盖兹可能算是个里程碑,她和团队发表了那篇“银河系中心超大质量黑洞的证据”。在那之前,基本是她的博士论文工作或延续,所发表的科研论文中,标题高频词是“斑点成像”和“金牛座T型星”;从那以后,就变成了“银河系中心“”黑洞”“自适应光学”。有科学,也有技术。为了“看见”看不见的,一干就是二十多年,而且真就“看见”了,这是对专注最好的诠释。

〇 传承

根策尔非常感谢他的博士后合作导师汤斯(Charles Townes,1915–2015)——微波激射器(Maser)的主要发明者和激光器(Laser)的先驱者之一,并因此分享了1964年诺贝尔物理学奖。

上世纪60年代初,类星体刚被发现没多久,汤斯就想着要看看银河系中心,可是光学看不到,于是他研制了一套测量气体运动多普勒速度的观测设备,根策尔作为博士后加入了汤斯的观测团队,并于80年代初开始转向银河系中心恒星运动测量。

科学的火炬就这样从一代人手里交到下一代手中,有意思的是,由汤斯提出基本概念的激光在根策尔确定银河系中心超大质量黑洞存在的工作中发挥了关键作用,这可能是汤斯本人都没有想到的。

未来可期

盖兹和她的团队在过去的25年里,已经研究了3000多颗围绕银河系中心黑洞运动的恒星。展望未来,盖兹希望能借助如30米望远镜TMT、24米口径大麦哲伦望远镜GMT、39米口径的欧洲特大望远镜E-ELT等下一代大型望远镜,监测到距离超大质量黑洞更近的恒星运动,这样就可以对黑洞给出更好的约束。

在根策尔看来,没有所谓完美的理论,即使广义相对论,也总该有它会失效的情形,也许是在很小的尺度上,只是目前的技术还没法实现这种观测。他认为,最终的突破得靠未来的空间计划,那时人类有望探测到一颗太阳质量左右的恒星被卷入黑洞时所发出的引力波,并有机会在更小的尺度上检验基础物理理论的有效性。他坦言,尽管欧空局正在开展相关的预研,但是这注定是一个极其贵,又非常难的项目。

黑洞注定是不寻常的,让我们拭目以待。

参考资料:

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/

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