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科学现场 “爱因斯坦1∶0牛顿”

2018-08-08 07:24:24 中国青年报

  位于智利的“甚大望远镜” 图片来源网络

  数颗恒星绕银河中心黑洞运行示意图

  世界上最聪明的两颗脑袋刚刚完成了一轮对决,爱因斯坦暂时胜出。

  这是漫长的、穿越时空的竞赛。为了最新的那个结果,莱因哈德·根舍已经等了26年。

  今年5月19日,这位天体物理学家观测到名为S0-2的恒星运行到距离银河系中心黑洞人马座A*最近的位置。在强大的引力场下,它被加速到每秒近8000公里的速度。

  1915年11月,阿尔伯特·爱因斯坦向普鲁士科学院提交了广义相对论的最终版本,那时,牛顿力学统治物理学界已经200多年。在宇宙中,星星到底会怎么转,牛顿早就指出了一条路,但爱因斯坦的理论画出了另一条路。

  过去,人类只能看到恒星在宇宙中飞驰。科学家能算出它的速度、质量、年龄,却始终无法看清它们的跑道。

  不久前,人类终于看清,它们选择了爱因斯坦的路。

  擦肩

  天上的很多星星、黑洞都是根舍的老熟人,但S0-2让他执着“追”了很多年。它名字不浪漫,身份也不足够特别,但它年轻、明亮、离黑洞够近,是验证广义相对论的绝佳目标。

  S0-2在距离地球约2.6万光年的银河系中心附近围绕人马座A*黑洞运动着。两个多月前,根舍的团队收到一条信号:S0-2到达了离黑洞最近的点。

  这本不是什么稀奇的事情。宇宙中恒星的数量难以计数,仅银河系内,就有超过1000亿颗。它们都围绕着银河系的中心转动,每天都有新的恒星诞生,也有已经持续燃烧百亿年的恒星走向生命的终点。

  在科学家眼里,这些星星除了自然属性,它们的诞生与消亡、运动与变化,还能证明不少在地球上只能用抽象符号呈现的理论。

  S0-2是研究团队详细观测45颗备选恒星后确定的。从1992年起,根舍就利用欧洲南方天文台位于智利的望远镜观测它。这颗恒星每16年绕黑洞运动一周,这意味着,观测它近距离掠过黑洞的机会,每16年才有一次。一旦错过,只能等待下一次机会来临。

  失败的滋味,根舍再清楚不过了。他已经66岁,是人类中的长者。而他的研究对象要么远在几万光年以外,要么已经诞生上亿年。人类发射的、走得最远的旅行者1号探测器飞行了41年,行驶的距离还远不到1光年。

  遥远的距离意味着极大的观测难度。即使是最好的天文望远镜,传递给研究者的所谓“星空图片”,也不过是灰色底片上一团团黑色的斑点和数万张填满数字、意义不明的表格。他们只能不断提高望远镜的分辨率,提升抗干扰的能力,只有看得更清楚,才更有可能获得新发现。

  失败是常有的事。破坏计划的家伙有时是一片厚一点的大气云层,有时是一颗突如其来的废弃人造卫星,它们闯入镜头,研究者数月乃至数年的准备就白费了。

  成功的“奖赏”也是丰厚的。欧洲南方天文台“甚大望远镜”(VLT)对准的黑洞人马座A*,质量大概相当于400万个太阳。人类还从未有机会观察和研究如此大质量的物体产生的引力场。

  根舍的研究从上世纪80年代就开始了,他所在的德国马普地外物理研究所是研究银河系中心最重要的两个机构之一。几十年时间里,他观测并研究过气体云坠向黑洞,发展了银河系诞生、“长大”的理论,甚至连银河系中心黑洞人马座A*的存在都是他发现和证明的。

  他们一直密切关注着包括S0-2在内的多颗恒星的运动。2002年时,S0-2曾到达他们期待的位置,但受限于当时的观测技术,望远镜分辨率不够,数据无法支撑广义相对论的模型,他们只能眼睁睁地看着S0-2远离观测点。

  尽管如此,这些数据还是帮助团队作出了不少成果。根舍本人也刚获选欧洲科学院院士,并被法国天文学会、德国物理学会授予奖章,但他仍然感到沮丧。他知道,错过一次,要花人生五分之一时间再等一次。

  S0-2受诸多天体物理学家的青睐。这是人类第一次观测一颗恒星在距离银河系中心黑洞如此近的地方飞驰。研究者为它建立了专门的网站,分析和计算它的年龄、组成、质量等信息,但有个问题至今无人能解答,在如此靠近黑洞的地方,一切都会被撕碎,它又是如何形成的。

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编辑:谷永光
 
 

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