诺贝尔奖和第一张黑洞图片

你可能听说过科学家发布的第一张黑洞照片的新闻。这张照片不仅对天文学领域，而且对整个世界都是惊人的消息。这张照片是迈向新的信息之门的第一步。宇宙每一个新的信息都在不断地被启迪，正因为如此，我们才能够更好地理解我们星球之外的所有奥秘。

最近，我们看到12位获奖者被授予2020年诺贝尔奖，以及他们中的一位是如何通过他们的研究和发现为人类做出显著贡献的。他们都是了不起的研究人员，我们很想在这里逐一谈论他们，但今天为了更好地解释和理解第一幅黑洞图片的背景，我们将谈论诺贝尔物理学奖得主罗杰-彭罗斯、莱因哈德-根泽尔和安德烈-盖茨的工作。

根据诺贝尔奖的官方网站，获奖者被确认为 "发现黑洞的形成是广义相对论的有力预测 "和 "发现我们银河系中心的超大质量紧凑物体"。彭罗斯通过令人印象深刻的数学方法证明了黑洞的作用与爱因斯坦的相对论有关，而莱因哈德-根泽尔和安德烈-盖茨的工作发现了无可辩驳的证据，即在我们银河系的中心确实有一个黑洞，今天被称为人马座A*。

为了充分理解这个主题，我们需要知道一些关于黑洞的基本概念，比如 "什么是黑洞？"；"它们是如何构成的？我们在哪里可以找到一个？"

我们首先需要知道的是一个在天文学领域的许多课题中经常使用的概念，这就是什么是时空的概念。时空是一个四维流形，三维空间和一维时间，在一个坐标系中，我们会有（x，y，z，t）。一个有趣的事实是，这个坐标系中的一个点被称为一个事件。说到这里，我们可以得到黑洞的定义。

黑洞是一个时空区域 黑洞的引力是如此之大，以至于任何气体、尘埃、微粒甚至光线都无法挣脱它！它们都被强大的引力吸引到黑洞中，并消失在那里，直到今天对科学家来说仍然是个未知数！它们都被强大的引力所吸引，进入黑洞并消失，去往一个直到今天科学家仍不知道的地方。有趣的是，如果连光都无法挣脱这种力量，就不可能看到黑洞，甚至不可能知道哪里有黑洞。就像试图在黑色背景中看到一个黑色物体一样，你无法看到，或者即使你看到了，也是非常困难的。那么，科学家们是如何做到的呢？

从理论上讲，黑洞通常是在一个比太阳重得多的大质量恒星在其生命末期坍塌时形成的。质量是一个非常重要的因素，它决定了死亡的恒星是要变成黑洞还是中子星。根据广义相对论，这颗超大质量的恒星由于引力的作用被挤压到一个非常小的空间里，形成黑洞，这种紧凑的质量会使时空发生变形。

这种时空变形产生了一个指向密集质量体中心的引力加速度。由于这个力，靠近黑洞或附近的气体和粒子开始获得旋转速度，被强行吸引到黑洞内。这种现象被称为 吸积盘.

这种引力和摩擦力使所有气体和带电荷的粒子不仅产生温度上升，而且还产生不同频率的电磁辐射，如红外线或X射线。由于这种惊人的特性，黑洞可以被 "看见"。这很好，但并不能百分之百地促进科学家的工作，你有一个可以跟踪的频率，但你仍然不能说 "哦，看，天空中的一个黑洞"。我们不能把黑洞的光等同于普通的恒星；它们彼此之间有很大的不同。但好消息是，一开始的黑色物体现在在黑色背景中略微有点亮。

在黑洞的第一张照片中，我们可以看到吸积盘。这里的黑洞比我们的太阳重650万倍，位于梅西耶87星系，距离地球5300万光年。这张照片是通过全世界八个不同的望远镜、事件地平线望远镜和其他一些太空望远镜任务的时间作业实现的，它们在2017年4月同时捕获了来自M87的数据。他们每个人都从黑洞中捕捉到不同的数据，然后将所有的东西都放在一起形成图像。这听起来像是一件容易和一步到位的事情，但科学家必须努力工作，充分了解所有的数据和如何处理它，使用哪种算法和如何使用它。

Genzel在1997年发表的一篇文章中表明，从1992年到1996年的五个不同年份的收集数据，捕捉到了紧邻Sgr A*的快速移动的恒星，并且在这些恒星中间居住着一个非常大而重的暗质量。"文章（GENZEL等人，1997年）说："在这种密度下，没有正常恒星、恒星残骸或亚恒星实体的稳定配置。结论是，"在银河系的核心一定有一个大质量的黑洞"。

在Ghez于1998年发表的另一篇文章中，一项为期两年的研究在同一地点检测到了同样的移动开始模式，正如文章中所说的 "恒星表面密度和速度散布的峰值都与黑洞候选体（当时仍是候选体）Sgr A*的位置一致"（GHEZ等人，1998）。研究中使用的图像是由近红外波长获得的，这是吸积盘发出的那种频率。

这里有一个简短的清单，有这些文章：

GENZEL, R.等人，关于银河系中心暗物质的性质。 皇家天文学会月报, v. 291, n. 1, p. 219-234, 11 out.1997.

GHEZ, A. M.等人，人马座A/ast附近的高适当运动星：我们银河系中心的超大质量黑洞的证据。 天体物理学杂志, v. 509, n. 2, p. 678-686, dez. 1998.

GHEZ, A. M. et al. 用恒星轨道测量银河系中央超大质量黑洞的距离和属性。 天体物理学杂志, v. 689, n. 2, p. 1044-1062, dez. 2008.

宇宙不是如此美丽吗？

所有这些都已经令人难以置信，但仍有很多事情要做，就像诺贝尔物理学委员会主席大卫-哈维兰所说的："......这些奇异的物体仍然提出了许多问题，需要答案并激励着未来的研究。不仅是关于其内部结构的问题，还有关于如何在黑洞附近的极端条件下测试我们的引力理论的问题"。而我们将在这里，虽然期待着下一次的休息!同时，我们感谢今年的获奖者们 罗杰-彭罗斯，莱因哈德-根泽尔 和 Andrea Ghez，你真了不起!

如果你也想了解罗杰-彭罗斯的工作，这里有几篇描述他工作的文章。其中一篇是与传说中的斯蒂芬-霍金.你也可以在这里查看这些文章：

HAWKING, S.; PENROSE, R. The Nature of Space and Time. 美国物理学杂志, v. 65, n. 7, p. 676-676, 1 jul. 1997.

EHLERS, J.; RINDLER, W.; PENROSE, R. 能量守恒是相对论力学的基础。II.American Journal of Physics, v. 33, n. 12, p. 995-997, 1 dez. 1965.

NEWMAN, E.; PENROSE, R. An Approach to Gravitational Radiation by a Method of Spin Coefficients.Journal of Mathematical Physics, v. 3, n. 3, p. 566-578, 1 maio 1962.

PENROSE, R.; RINDLER, W. Energy Conservation as the Basis of Relativistic Mechanics.American Journal of Physics, v. 33, n. 1, p. 55-59, 1 jan. 1965.

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